WO2022190855A1 - スイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両 - Google Patents

スイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両 Download PDF

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turned
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switching power
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慎吾 橋口
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the invention disclosed in this specification relates to a switching power supply device that steps down an input voltage to an output voltage, a switch control device, an in-vehicle device, and a vehicle.
  • the DC-DC converter proposed in Patent Document 1 has a switched capacitor circuit, and improves efficiency by turning on a high-side switch included in the switched capacitor circuit with zero-volt switching.
  • the output voltage is 1/4 of the input voltage, and if the input voltage fluctuates, the output voltage also fluctuates and the output voltage cannot be stabilized.
  • a switching power supply device disclosed in this specification includes first to sixth switches, a capacitor, and a control unit configured to control on/off of each of the first to sixth switches.
  • the first switch is configured such that a first terminal of the first switch can be connected to an application terminal of an input voltage, and a second terminal of the first switch is connected to a first terminal of the second switch and a first terminal of the capacitor. configured to be connectable to
  • the second switch is configured such that the second end of the second switch is connectable to the first end of the third switch and the first end of the first inductor.
  • the third switch is configured such that a second terminal of the third switch can be connected to a low voltage application terminal lower than the input voltage.
  • the fourth switch is configured such that a first end of the fourth switch is connectable to a second end of the capacitor and a first end of the fifth switch, and a second end of the fourth switch is connected to the low voltage. It is configured to be connectable to the application end.
  • the fifth switch is configured such that the second end of the fifth switch is connectable to the first end of the sixth switch and the first end of the second inductor.
  • the sixth switch is configured such that a second end of the sixth switch can be connected to the low voltage application end.
  • the switch control device disclosed in this specification is part of a switching power supply device that includes first to sixth switches and a capacitor.
  • the first switch is configured such that a first terminal of the first switch can be connected to an application terminal of an input voltage, and a second terminal of the first switch is connected to a first terminal of the second switch and a first terminal of the capacitor. configured to be connectable to
  • the second switch is configured such that the second end of the second switch is connectable to the first end of the third switch and the first end of the first inductor.
  • the third switch is configured such that a second terminal of the third switch can be connected to a low voltage application terminal lower than the input voltage.
  • the fourth switch is configured such that a first end of the fourth switch is connectable to a second end of the capacitor and a first end of the fifth switch, and a second end of the fourth switch is connected to the low voltage. It is configured to be connectable to the application end.
  • the fifth switch is configured such that the second end of the fifth switch is connectable to the first end of the sixth switch and the first end of the second inductor.
  • the sixth switch is configured such that a second end of the sixth switch can be connected to the low voltage application end.
  • the switch control device is configured to control on/off of each of the first to sixth switches, turns on the fifth switch, turns on the first switch, turns off the second switch, a first period in which the fourth switch is turned off and the sixth switch is turned off; a period in which the second switch is turned on, the first switch is turned off, the third switch is turned off, and the fourth switch is turned off; and a second period during which the fifth switch is turned on and the fifth switch is turned off.
  • the in-vehicle equipment disclosed in this specification includes the switching power supply device configured as described above or the switch control device configured as described above.
  • the vehicle disclosed in this specification includes the vehicle-mounted device configured as described above and a battery that supplies power to the vehicle-mounted device.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a time chart showing a first operation example of the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the current flowing through the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a time chart showing a first operation example of the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing
  • FIG. 9 is a time chart showing a second operation example of the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a time chart showing a third operation example of the switching power supply device according to one embodiment.
  • FIG. 11 is an external view showing one configuration example of a vehicle.
  • a MOS transistor is defined as a gate structure that includes a layer made of a conductor or a semiconductor such as polysilicon with a low resistance value, an insulating layer, and a P-type, N-type, or intrinsic semiconductor.
  • layer refers to a transistor consisting of at least three layers. In other words, the structure of the gate of a MOS transistor is not limited to a three-layer structure of metal, oxide, and semiconductor.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a switching power supply device according to one embodiment.
  • a switching power supply device 1 (hereinafter referred to as “switching power supply device 1") according to one embodiment is a switching power supply device that steps down an input voltage VIN to an output voltage VOUT.
  • the switching power supply 1 includes a control unit CNT1, first to sixth switches SW1 to SW6, a capacitor C1, a first inductor L1, a second inductor L2, an output capacitor COUT, and an output feedback unit FB1.
  • the control unit CNT1 controls on/off of the first to sixth switches SW1 to SW6 based on the output of the output feedback unit FB1.
  • the control unit CNT1 is a switch control device that controls ON/OFF of the first to sixth switches SW1 to SW6.
  • the first switch SW1 is configured such that a first end can be connected to the application end of the input voltage VIN, and a second end is configured to be connectable to the first end of the capacitor C1 and the first end of the second switch SW2.
  • the first switch SW1 conducts/disconnects a current path between the application terminal of the input voltage VIN and the first connection node N1.
  • the first connection node N1 is a node to which the second end of the first switch SW1, the first end of the second switch SW2, and the first end of the capacitor C1 are connected.
  • a P-channel MOS transistor, an N-channel MOS transistor, or the like can be used as the first switch SW1.
  • the switching power supply device 1 may be provided with a bootstrap circuit or the like to generate a voltage higher than the input voltage VIN.
  • the second switch SW2 is configured such that the second end can be connected to the first end of the third switch SW3 and the first end of the first inductor L1.
  • the second switch SW2 conducts/disconnects the current path between the first connection node N1 and the third connection node N3.
  • the third connection node N3 is a node to which the second end of the second switch SW2, the first end of the third switch SW3, and the first end of the first inductor L1 are connected.
  • a P-channel MOS transistor, an N-channel MOS transistor, or the like can be used as the second switch SW2.
  • the switching power supply 1 may be provided with a bootstrap circuit or the like to generate a voltage higher than the input voltage VIN.
  • the third switch SW3 is configured so that the second end can be connected to the ground potential application end.
  • the third switch SW3 conducts/disconnects the current path between the third connection node N3 and the ground potential.
  • an N-channel MOS transistor or the like can be used as the third switch SW3.
  • a first end of the fourth switch SW4 is connectable to the second end of the capacitor C1 and the first end of the fifth switch SW5, and a second end is connectable to the ground potential application end.
  • the fourth switch SW4 conducts/disconnects the current path between the second connection node N2 and the ground potential.
  • the second connection node N2 is a node to which the second terminal of the capacitor C1, the first terminal of the fourth switch SW4, and the first terminal of the fifth switch SW5 are connected.
  • an N-channel MOS transistor or the like can be used as the fourth switch SW4.
  • the fifth switch SW5 is configured such that the second end can be connected to the first end of the sixth switch SW6 and the first end of the second inductor.
  • the fifth switch SW5 conducts/interrupts the current path between the second connection node N2 and the fourth connection node N4.
  • the fourth connection node N4 is a node to which the second end of the fifth switch, the first end of the sixth switch SW6, and the first end of the second inductor are connected.
  • an N-channel MOS transistor or the like can be used as the fifth switch SW5.
  • the sixth switch SW6 is configured so that the second end can be connected to the ground potential application end.
  • the sixth switch SW6 conducts/disconnects the current path between the fourth connection node N4 and the ground potential.
  • an N-channel MOS transistor or the like can be used as the sixth switch SW6.
  • the output capacitor COUT has a first end connectable to the second end of the first inductor L1, the second end of the second inductor L2, and the output terminal OUT, and the second end connectable to the ground potential application end. configured to An output voltage VOUT applied to the output terminal OUT is supplied to a load LD1 connected to the output terminal OUT.
  • the output feedback unit FB1 generates and outputs a feedback signal according to the output voltage VOUT.
  • the output feedback unit FB1 for example, a resistance voltage dividing circuit or the like that divides the output voltage VOUT by resistance to generate a feedback signal can be used. Further, for example, the output feedback unit FB1 may be configured to acquire the output voltage VOUT and output the output voltage VOUT itself as a feedback signal. In addition to the feedback signal corresponding to the output voltage VOUT, the output feedback unit FB1 also generates and outputs a feedback signal corresponding to the current flowing through the first inductor L1 and the current flowing through the second inductor L2. good too. Current mode control is enabled by the output feedback unit FB1 also generating a feedback signal according to the current flowing through the first inductor L1 and the current flowing through the second inductor L2.
  • the control unit CNT1 controls on/off of the first to sixth switches SW1 to SW6. More specifically, the control unit CNT1 controls ON/OFF of the first to sixth switches SW1 to SW6 based on the feedback signal output from the output feedback unit FB1.
  • FIG. 2 is a time chart showing a first operation example of the switching power supply device 1.
  • the direction from one end (third connection node N3 side) of the first inductor L1 to the other end (output terminal OUT side) is defined as the positive direction of the current IL1 flowing through the first inductor L1.
  • the direction from one end (fourth connection node N4 side) of the two-inductor L2 to the other end (output terminal OUT side) is the positive direction of the current IL2 flowing through the second inductor L2.
  • the control unit CNT1 sets the length of the first period P1 and the length of the second period P2 according to the feedback signal output from the output feedback unit FB1. Thereby, the relationship between the input voltage VIN and the output voltage VOUT in the switching power supply device 1 can be changed.
  • the control unit CNT1 complementarily controls the ON/OFF of the first switch SW1 and the fourth switch SW4 at a duty of 50% in each cycle PD.
  • Each cycle PD has the same fixed value.
  • the capacitor C1 and the input terminal are electrically connected, and the capacitor C1 and the ground potential are electrically connected. Since they are not directly connected, the voltage V1 at the first connection node N1 is 48V and the voltage V2 at the second connection node N2 is 24V.
  • the capacitor C1 is electrically connected to the ground potential. Since the capacitor C1 and the input terminal are not electrically connected, the voltage V1 at the first connection node N1 is 24V and the voltage V2 at the second connection node N2 is 0V.
  • the control unit CNT1 turns on the fifth switch SW5, turns on the first switch SW1, turns off the second switch SW2, and turns off the fourth switch SW4. off, and the sixth switch SW6 is turned off.
  • a current flows from the input terminal to the output capacitor COUT and the output terminal OUT via the first switch SW1, the capacitor C1, the fifth switch SW5, and the second inductor L2 (see FIG. 3).
  • the control unit CNT1 turns on the sixth switch SW6.
  • the current IL2 flowing through the second inductor L2 is zero. Since the third switch SW3 is turned on during the first ON period O1, the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes a negative current (see FIG. 4).
  • the third switch SW3 is turned off, the voltage V4 at the fourth connection node N4 rises.
  • the potential difference between both ends of the fifth switch SW5 when the fifth switch SW5 is turned ON at timing t3 is reduced. Since it can be made (ideally zero), the efficiency of the switching power supply device 1 can be improved.
  • the control unit CNT1 turns off the fifth switch SW5 and turns on the sixth switch SW6.
  • the control unit CNT1 keeps the sixth switch SW6 on until the current IL2 flowing through the second inductor L2 decreases to zero.
  • a current flows from the ground potential to the output capacitor COUT and the output terminal OUT via the sixth switch SW6 and the second inductor L2 (see FIG. 5). Therefore, the switching power supply 1 includes a second current detector (not shown) that detects the current IL2 flowing through the second inductor L2.
  • the second detection unit for example, a current detection unit that detects the current IL2 flowing through the second inductor L2 by detecting the current flowing through the sixth switch SW6 based on the potential difference between both ends of the sixth switch SW6 can be used. This is because the current flowing through the sixth switch SW6 can be regarded as the current IL2 flowing through the second inductor L2 when the fifth switch SW5 is off and the sixth switch SW6 is on.
  • the voltage V4 at the fourth connection node N4 is generated from the voltage V2 at the second connection node N2 by switching the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 described above.
  • the control unit CNT1 turns on the second switch SW2, turns off the first switch SW1, turns off the third switch SW3, and turns off the fourth switch SW4. turn on and turn off the fifth switch SW5.
  • a current flows from the ground potential to the output capacitor COUT and the output terminal OUT via the fourth switch SW4, the capacitor C1, the second switch SW2, and the first inductor L1 (see FIG. 6).
  • the control unit CNT1 turns off the second switch SW2 and turns on the third switch SW3.
  • the control unit CNT1 keeps the third switch SW3 on until the current IL1 flowing through the first inductor L1 decreases to zero.
  • a current flows from the ground potential to the output capacitor COUT and the output terminal OUT via the third switch SW3 and the first inductor L1 (see FIG. 7). Therefore, the switching power supply device 1 includes a first current detection section (not shown) that detects the current IL1 flowing through the first inductor L1.
  • the first detection unit for example, a current detection unit that detects the current IL1 flowing through the first inductor L1 by detecting the current flowing through the third switch SW3 based on the potential difference across the third switch SW3 can be used. This is because when the second switch SW2 is off and the third switch SW3 is on, the current flowing through the third switch SW3 can be regarded as the current IL1 flowing through the first inductor L1.
  • the voltage V3 at the third connection node N3 is generated from the voltage V1 at the first connection node N1 by switching the second switch SW2 and the third switch SW3 described above.
  • the control unit CNT1 provides a second ON period O2 (a period from timing t5 to timing t6) for turning on the third switch SW3 before turning on the second switch SW2.
  • the current IL1 flowing through the first inductor L1 is zero.
  • the third switch SW3 is turned on, so the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes a negative current (see FIG. 8).
  • the third switch SW3 is turned off, so the voltage V3 at the third connection node N3 rises.
  • the potential difference across the second switch SW2 when the second switch SW2 is turned on can be reduced (ideally to zero), so that the efficiency of the switching power supply 1 can be improved.
  • the controller CNT1 always turns on the fourth switch SW4 when turning on the second switch SW2 so that both ends of the capacitor Cr are in a low impedance state when turning on the second switch SW2.
  • control unit CNT1 always turns on the first switch SW1 when turning on the fifth switch SW5 so that both ends of the capacitor Cr are in a low impedance state when turning on the fifth switch SW5. ing.
  • control unit CNT1 makes the length of the first period P1 and the length of the second period P2 equal in each cycle PD in order to keep the potential difference across the capacitor Cr substantially constant.
  • FIG. 9 is a time chart showing a second operation example of the switching power supply device 1.
  • FIG. 9 description of the same operations as in the first operation example will be omitted, and operations different from the first operation example will be described.
  • control unit CNT1 does not complementarily on/off control the first switch SW1 and the fourth switch SW4 at a duty of 50% in each period PD.
  • control unit CNT1 turns on the first switch SW1 and the fifth switch SW5 at the same time, and turns off the first switch SW1 and the fifth switch SW5 at the same time. Also, in the second operation example, the controller CNT1 turns on the fourth switch SW4 and the second switch SW2 at the same time, and turns off the fourth switch SW4 and the second switch SW2 at the same time.
  • both the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 are off, that is, when the fourth connection node N4 is in a high impedance state, the voltage V4 at the fourth connection node N4 tries to maintain the same value as the output voltage VOUT.
  • the body diode formed across the fifth switch SW5 draws electric charges from the fourth connection node N4, The voltage V4 at the fourth connection node N4 drops to 0V.
  • the body diode formed between both ends of the fifth switch SW5 has an anode on the side of the fourth connection node N4 and a cathode on the side of the second connection node N2.
  • the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes a negative current.
  • the second switch SW2 is turned off, electric charges are supplied from the fourth connection node N4 to the second connection node N2 through the body diode formed between both ends of the fifth switch SW5.
  • voltage V2 rises to 24V.
  • the voltage V1 at the first connection node N1 rises to 48V.
  • the potential difference across the first switch SW1 when the first switch SW1 is turned on can be reduced (ideally to zero). Therefore, in the second operation example, the efficiency of the switching power supply device 1 can be improved more than in the first operation example.
  • the fifth switch SW5 When using the fifth switch SW5 having no body diode formed between both ends thereof, or when using the fifth switch SW5 having a low current capability of the body diode formed between both ends of the switch SW5, the fifth switch SW5 is connected in parallel.
  • a diode may be provided.
  • FIG. 10 is a time chart showing a third operation example of the switching power supply device 1.
  • FIG. 10 the description of the same operations as in the second operation example will be omitted, and the operations different from the second operation example will be described.
  • the second connection node N2 is connected from the fourth connection node N4 via the body diode formed between both ends of the fifth switch SW5. is supplied with charge. Although the voltage V2 at the second connection node N2 rises, it does not reach 24V. As the voltage V2 at the second connection node N2 rises, the voltage V1 at the first connection node N1 rises, but does not reach 48V. When the first switch SW1 is turned on, the voltage V2 at the second connection node N2 rises to 24V and the voltage V2 at the first connection node N1 rises to 48V.
  • the efficiency of the switching power supply 1 can be improved more than the first operation example.
  • FIG. 11 is an external view showing a configuration example of a vehicle in which the in-vehicle device is mounted.
  • the vehicle X of this configuration example is equipped with onboard devices X11 to X17 and a battery (not shown) that supplies power to these onboard devices X11 to X17.
  • the control unit CNT1 When the switching power supply device 1 described above is installed in the vehicle X, it is required to suppress radiation noise in the AM band so as not to adversely affect the reception of AM radio broadcasts. Therefore, it is desirable that the control unit CNT1 generates a voltage of 1.8 MHz or more and 2.1 MHz or less at the first connection node N1. That is, it is desirable to set the reciprocal (switching frequency) of the fixed value of each cycle PD to 1.8 MHz or more and 2.1 MHz or less. This is because if the switching frequency is less than 1.8 MHz, radiation noise in the AM band increases, and if the switching frequency is greater than 2.1 MHz, the switching loss exceeds the allowable range.
  • the in-vehicle device X11 is an engine control unit that performs engine-related controls (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto-cruise control, etc.).
  • the in-vehicle device X12 is a lamp control unit that controls lighting and extinguishing of HID [high intensity discharged lamp] and DRL [daytime running lamp].
  • the in-vehicle device X13 is a transmission control unit that performs controls related to the transmission.
  • the in-vehicle device X14 is a body control unit that performs controls related to the movement of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).
  • ABS anti-lock brake system
  • EPS electric power steering
  • electronic suspension control etc.
  • the in-vehicle device X15 is a security control unit that controls driving such as door locks and security alarms.
  • In-vehicle equipment X16 is electronic equipment that is built into vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment or manufacturer options, such as wipers, electric door mirrors, power windows, electric sunroofs, electric seats, and air conditioners.
  • the in-vehicle device X17 is an electronic device that the user arbitrarily attaches to the vehicle X, such as an in-vehicle A/V [audio/visual] device, a car navigation system, and an ETC [Electronic Toll Collection System].
  • switching power supply device 1 can be incorporated in any of the in-vehicle devices X11 to X17.
  • the potential difference across the capacitor C1 is kept constant by aligning the length of the first period P1 and the length of the second period P2 in each cycle.
  • the length of the first period P1 and the length of the second period P2 are not made the same.
  • the configuration may be such that the ratio with the length of the two periods P2 is adjusted.
  • the timing when the fifth switch SW5 is turned on and the timing when the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes zero are the same timing (timing t3), but the fifth switch SW5 is turned on.
  • the timing may be before the timing at which the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes zero, or after the timing at which the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes zero.
  • the fifth switch SW5 will not be zero volt switching. Therefore, it is desirable that the fifth switch SW5 is turned on at the same time as the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes zero or after the current IL2 flowing through the second inductor L2 becomes zero.
  • both the third switch SW3 and the sixth switch SW6 are turned on during the period from the timing t5 to the timing t6, but after the sixth switch SW6 is turned off (after the timing t6).
  • the third switch SW3 may be turned on immediately.
  • a capacitor C1 is arranged between the second switch SW2 and the third switch SW3 and the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6, and the switching operation of the second switch SW2 and the third switch SW3 and the switching operation of the fifth switch SW5 and the fifth switch SW5 are arranged. This is because it is independent of the switching operation of the 6-switch SW6.
  • providing a period in which both the third switch SW3 and the sixth switch SW6 are ON as in the above embodiment improves the temporal efficiency of switching control. It is desirable to provide a period during which both SW6 are on.
  • the switching power supply device (1) described above is configured to control ON/OFF of the first to sixth switches (SW1 to SW6), the capacitor (C1), and the first to sixth switches.
  • a control unit (CNT1) wherein the first switch is configured such that a first end of the first switch can be connected to an input voltage application end, and a second end of the first switch is connected to a second switch;
  • the second switch is configured to be connectable to a first end and a first end of the capacitor, wherein the second switch connects a second end of the second switch to a first end of the third switch and a first end of the first inductor.
  • the third switch is configured such that a second end of the third switch can be connected to a low voltage application end lower than the input voltage; one end of the capacitor is connectable to the second end of the capacitor and the first end of the fifth switch; the second end of the fourth switch is connectable to the low voltage application end;
  • the switch is configured such that the second end of the fifth switch is connectable to the first end of the sixth switch and the first end of the second inductor, and the sixth switch connects the second end of the sixth switch to the first end of the second inductor.
  • the controller is configured to be connectable to the low voltage application end, the controller turns on the fifth switch, turns on the first switch, turns off the second switch, turns off the fourth switch, a first period in which the sixth switch is turned off, the second switch is turned on, the first switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, and the fifth switch is turned on; and a second off period (first configuration).
  • the switching power supply device having the first configuration can change the relationship between the input voltage and the output voltage.
  • control unit is configured to provide a first ON period for turning on the sixth switch before turning on the fifth switch (second configuration ).
  • the potential difference between both ends of the fifth switch can be reduced (ideally zero) when the fifth switch is turned on, so efficiency can be improved.
  • control section is configured to provide a second ON period for turning on the third switch before turning on the second switch (second 3).
  • the potential difference between both ends of the second switch can be reduced (ideally zero) when the second switch is turned on, so efficiency can be improved.
  • the controller In the switching power supply device having any one of the first to third configurations, the controller always turns on the fourth switch when turning on the second switch, and turns on the fifth switch when turning on the fifth switch.
  • a configuration (fourth configuration) may be employed in which the first switch is always turned on.
  • the switching power supply device having the fourth configuration can put both ends of the capacitor Cr into a low impedance state when turning on the second switch. Further, the switching power supply device having the fourth configuration can bring both ends of the capacitor into a low impedance state when turning on the fifth switch.
  • control unit is configured to match the length of the first period and the length of the second period in each cycle (fifth configuration ).
  • the switching power supply device having the fifth configuration can keep the potential difference across the capacitor constant.
  • the control unit simultaneously turns on the first switch and the fifth switch, simultaneously turns off the first switch and the fifth switch, and A configuration (sixth configuration) may be employed in which the fourth switch and the second switch are turned on at the same time, and the fourth switch and the second switch are turned off at the same time.
  • the potential difference between both ends of the first switch can be reduced (ideally zero) when the first switch is turned on, so efficiency can be improved.
  • the switch control device (CNT1) described above includes first to sixth switches (SW1 to SW6) and a capacitor (C1).
  • the second end of the first switch is connectable to the first end of the second switch and the first end of the capacitor, and the second switch is configured to be connectable to the application end of the second switch is connectable to the first end of the third switch and the first end of the first inductor, the third switch being configured such that the second end of the third switch is lower than the input voltage;
  • a first end of the fourth switch is connectable to a second end of the capacitor and a first end of the fifth switch;
  • the second ends of four switches are connectable to the low voltage application end, and the fifth switch is configured such that the second ends of the fifth switches are connected to the first end of the sixth switch and the first end of the second inductor.
  • the switching power supply (1) comprises: configured to control on/off of each of the first to sixth switches, turning on the fifth switch, turning on the first switch, turning off the second switch, and turning off the fourth switch a first period during which the sixth switch is turned off, the second switch is turned on, the first switch is turned off, the third switch is turned off, the fourth switch is turned on, and the fifth period is turned off; and a second period during which the switch is turned off (seventh configuration).
  • the switch control device having the seventh configuration can change the relationship between the input voltage and the output voltage in the switching power supply device.
  • the vehicle-mounted devices (X11 to X17) described above have a configuration (eighth configuration) including the switching power supply device having any one of the first to sixth configurations or the switch control device having the seventh configuration.
  • the vehicle-mounted device having the eighth configuration can change the relationship between the input voltage and the output voltage in the switching power supply.
  • the vehicle described above has a configuration (ninth configuration) including the vehicle-mounted device of the eighth configuration and a battery that supplies power to the vehicle-mounted device.
  • the vehicle (X) having the ninth configuration can change the relationship between the input voltage and the output voltage in the switching power supply.

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Abstract

スイッチング電源装置は、第１～第６スイッチと、コンデンサと、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、を備える。前記制御部は、前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、を設けるように構成される。

Description

スイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両
　本明細書中に開示されている発明は、入力電圧を出力電圧に降圧するスイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両に関する。
　特許文献１で提案されているＤＣ－ＤＣコンバータは、スイッチドキャパシタ回路を有し、スイッチドキャパシタ回路に含まれるハイサイドスイッチをゼロボルトスイッチングでターンオンすることで効率を向上させている。
特開２０１０－１４８２８８号公報
　しかしながら、特許文献１で提案されているＤＣ－ＤＣコンバータでは、出力電圧が入力電圧の１／４であり、入力電圧が変動した場合に出力電圧も変動してしまい出力電圧を安定化できない。
　本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、第１～第６スイッチと、コンデンサと、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、を備える。前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成される。前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成される。前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成される。前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記制御部は、前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、を設けるように構成される。
　本明細書中に開示されているスイッチ制御装置は、第１～第６スイッチと、コンデンサと、を備えるスイッチング電源装置の一部である。前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成される。前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成される。前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成される。前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される。前記スイッチ制御装置は、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成され、前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、を設けるように構成される。
　本明細書中に開示されている車載機器は、上記構成のスイッチング電源装置又は上記構成のスイッチ制御装置を備える。
　本明細書中に開示されている車両は、上記構成の車載機器と、前記車載機器に電力を供給するバッテリと、を備える。
　本明細書中に開示されている発明によれば、スイッチング電源装置における入力電圧と出力電圧との関係を変更することができる。
図１は、一実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。 図２は、一実施形態に係るスイッチング電源装置の第１動作例を示すタイムチャートである。 図３は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図４は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図５は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図６は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図７は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図８は、一実施形態に係るスイッチング電源装置を流れる電流を示す図である。 図９は、一実施形態に係るスイッチング電源装置の第２動作例を示すタイムチャートである。 図１０は、一実施形態に係るスイッチング電源装置の第３動作例を示すタイムチャートである。 図１１は、車両の一構成例を示す外観図である。
　本明細書において、ＭＯＳトランジスタとは、ゲートの構造が、「導電体または抵抗値が小さいポリシリコン等の半導体からなる層」、「絶縁層」、及び「Ｐ型、Ｎ型、又は真性の半導体層」の少なくとも３層からなるトランジスタをいう。つまり、ＭＯＳトランジスタのゲートの構造は、金属、酸化物、及び半導体の３層構造に限定されない。
＜一実施形態に係るスイッチング電源装置の構成＞
　図１は、一実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。一実施形態に係るスイッチング電源装置１（以下、「スイッチング電源装置１」という）は、入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴに降圧するスイッチング電源装置である。スイッチング電源装置１は、制御部ＣＮＴ１と、第１～第６スイッチＳＷ１～ＳＷ６と、コンデンサＣ１と、第１インダクタＬ１と、第２インダクタＬ２と、出力コンデンサＣＯＵＴと、出力帰還部ＦＢ１と、を備える。
　制御部ＣＮＴ１は、出力帰還部ＦＢ１の出力に基づき、第１～第６スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン／オフを制御する。言い換えると、制御部ＣＮＴ１は、第１～第６スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン／オフを制御するスイッチ制御装置である。
　第１スイッチＳＷ１は、第１端が入力電圧ＶＩＮの印加端に接続可能に構成され、第２端がコンデンサＣ１の第１端及び第２スイッチＳＷ２の第１端に接続可能に構成される。第１スイッチＳＷ１は、入力電圧ＶＩＮの印加端と第１接続ノードＮ１との間の電流経路を導通／遮断する。第１接続ノードＮ１は、第１スイッチＳＷ１の第２端と第２スイッチＳＷ２の第１端とコンデンサＣ１の第１端とが接続されるノードである。第１スイッチＳＷ１としては、例えばＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。例えば第１スイッチＳＷ１にＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いる場合、入力電圧ＶＩＮより大きい電圧を生成するためにブートストラップ回路等をスイッチング電源装置１に設けるようにすればよい。
　第２スイッチＳＷ２は、第２端が第３スイッチＳＷ３の第１端及び第１インダクタＬ１の第１端に接続可能に構成される。第２スイッチＳＷ２は、第１接続ノードＮ１と第３接続ノードＮ３との間の電流経路を導通／遮断する。第３接続ノードＮ３は、第２スイッチＳＷ２の第２端と第３スイッチＳＷ３の第１端と第１インダクタＬ１の第１端とが接続されるノードである。第２スイッチＳＷ２としては、例えばＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。例えば第２スイッチＳＷ２にＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いる場合、入力電圧ＶＩＮより大きい電圧を生成するためにブートストラップ回路等をスイッチング電源装置１に設けるようにすればよい。
　第３スイッチＳＷ３は、第２端がグランド電位の印加端に接続可能に構成される。第３スイッチＳＷ３は、第３接続ノードＮ３とグランド電位との間の電流経路を導通／遮断する。第３スイッチＳＷ３としては、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
　第４スイッチＳＷ４は、第１端がコンデンサＣ１の第２端及び第５スイッチＳＷ５の第１端に接続可能に構成され、第２端がグランド電位の印加端に接続可能に構成される。第４スイッチＳＷ４は、第２接続ノードＮ２とグランド電位との間の電流経路を導通／遮断する。第２接続ノードＮ２は、コンデンサＣ１の第２端と第４スイッチＳＷ４の第１端と第５スイッチＳＷ５の第１端とが接続されるノードである。第４スイッチＳＷ４としては、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
　第５スイッチＳＷ５は、第２端が第６スイッチＳＷ６の第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成される。第５スイッチＳＷ５は、第２接続ノードＮ２と第４接続ノードＮ４との間の電流経路を導通／遮断する。第４接続ノードＮ４は、第５スイッチの第２端と第６スイッチＳＷ６の第１端と第２インダクタの第１端とが接続されるノードである。第５スイッチＳＷ５としては、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
　第６スイッチＳＷ６は、第２端がグランド電位の印加端に接続可能に構成される。第６スイッチＳＷ６は、第４接続ノードＮ４とグランド電位との間の電流経路を導通／遮断する。第６スイッチＳＷ６としては、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
　出力コンデンサＣＯＵＴは、第１端が第１インダクタＬ１の第２端と第２インダクタＬ２の第２端と出力端子ＯＵＴとに接続可能に構成され、第２端がグランド電位の印加端に接続可能に構成される。出力端子ＯＵＴに印加される出力電圧ＶＯＵＴは、出力端子ＯＵＴに接続される負荷ＬＤ１に供給される。
　出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還信号を生成して出力する。出力帰還部ＦＢ１としては、例えば出力電圧ＶＯＵＴを抵抗分圧して帰還信号を生成する抵抗分圧回路等を用いることができる。また例えば、出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴを取得し、出力電圧ＶＯＵＴそのものを帰還信号として出力する構成であってもよい。なお、出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還信号に加えて、第１インダクタＬ１を流れる電流及び第２インダクタＬ２を流れる電流に応じた帰還信号も生成して出力する構成であってもよい。出力帰還部ＦＢ１が第１インダクタＬ１を流れる電流及び第２インダクタＬ２を流れる電流に応じた帰還信号も生成することで、電流モード制御が可能になる。
　制御部ＣＮＴ１は、第１～第６スイッチＳＷ１～ＳＷ６それぞれのオン／オフを制御する。より詳細には、制御部ＣＮＴ１は、出力帰還部ＦＢ１から出力される帰還信号に基づき、第１～第６スイッチＳＷ１～ＳＷ６それぞれのオン／オフを制御する。
　以下、入力電圧ＶＩＮを４８Ｖにし、グランド電位を０Ｖにした場合を例に挙げて説明を行う。
＜一実施形態に係るスイッチング電源装置の第１動作例＞
　図２は、スイッチング電源装置１の第１動作例を示すタイムチャートである。なお、本明細書では、第１インダクタＬ１の一端（第３接続ノードＮ３側）から他端（出力端子ＯＵＴ側）に向かう方向を、第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１の正の向きとし、第２インダクタＬ２の一端（第４接続ノードＮ４側）から他端（出力端子ＯＵＴ側）に向かう方向を、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２の正の向きとする。制御部ＣＮＴ１は、出力帰還部ＦＢ１から出力される帰還信号に応じて第１期間Ｐ１の長さ及び第２期間Ｐ２の長さを設定する。これにより、スイッチング電源装置１における入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴとの関係を変更することができる。負荷ＬＤ１が軽負荷であるほど第１期間Ｐ１の長さ及び第２期間Ｐ２の長さはそれぞれ短くなる。
　制御部ＣＮＴ１は、各周期ＰＤにおいて第１スイッチＳＷ１及び第４スイッチＳＷ４をデューティ５０％で相補的にオン／オフ制御する。なお、各周期ＰＤは同一の固定値になっている。
　第１スイッチＳＷ１がオンであり、第４スイッチＳＷ４がオフである期間（タイミングｔ１からタイミングｔ５までの期間）では、コンデンサＣ１と入力端子とが電気的に接続されコンデンサＣ１とグランド電位とが電気的に接続されないので、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ１は４８Ｖとなり、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２は２４Ｖとなる。
　これに対して、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第４スイッチＳＷ４がオンである期間（タイミングｔ５から次の周期のタイミングｔ１までの期間）では、コンデンサＣ１とグランド電位とが電気的に接続されコンデンサＣ１と入力端子とが電気的に接続されないので、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ１は２４Ｖとなり、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２は０Ｖとなる。
　第１期間Ｐ１（タイミングｔ３からタイミングｔ４までの期間）において、制御部ＣＮＴ１は、第５スイッチＳＷ５をオンにし、第１スイッチＳＷ１をオンにし、第２スイッチＳＷ２をオフにし、第４スイッチＳＷ４をオフにし、第６スイッチＳＷ６をオフにする。これにより、入力端子から第１スイッチＳＷ１、コンデンサＣ１、第５スイッチＳＷ５、及び第２インダクタＬ２を経由して出力コンデンサＣＯＵＴ及び出力端子ＯＵＴに電流が流れる（図３参照）。
　第１オン期間Ｏ１（タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間）において、制御部ＣＮＴ１は、第６スイッチＳＷ６をオンにする。第１オン期間Ｏ１の開始時点（タイミングｔ１）では、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２は零である。第１オン期間Ｏ１では、第３スイッチＳＷ３がオンになるため、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が負電流になる（図４参照）。そして、タイミングｔ２において、第３スイッチＳＷ３がターンオフすると、第４接続ノードＮ４の電圧Ｖ４が上昇する。
　第５スイッチＳＷ５のターンオンの前に、第６スイッチＳＷ６をオンにする第１オン期間Ｏ１を設けることにより、タイミングｔ３において、第５スイッチＳＷ５がターンオンするときの第５スイッチＳＷ５の両端電位差を小さく（理想的には零に）できるので、スイッチング電源装置１の高効率化を図ることができる。
　第１期間Ｐ１が終了すると、制御部ＣＮＴ１は、第５スイッチＳＷ５をターンオフし、第６スイッチＳＷ６をターンオンする。制御部ＣＮＴ１は、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が減少して零になるまで、第６スイッチＳＷ６をオンにし続ける。これにより、グランド電位から第６スイッチＳＷ６及び第２インダクタＬ２を経由して出力コンデンサＣＯＵＴ及び出力端子ＯＵＴに電流が流れる（図５参照）。したがって、スイッチング電源装置１は、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２を検出する第２電流検出部（不図示）を備える。第２検出部としては、例えば第６スイッチＳＷ６の両端電位差により第６スイッチＳＷ６を流れる電流を検出して間接的に第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２を検出する電流検出部を挙げることができる。第５スイッチＳＷ５がオフであり、第６スイッチＳＷ６がオンであるとき、第６スイッチＳＷ６を流れる電流は第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２とみなすことができるからである。
　第４接続ノードＮ４の電圧Ｖ４は、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２から、上述した第５スイッチＳＷ５及び第６スイッチＳＷ６のスイッチングによって生成される。
　第２期間Ｐ２（タイミングｔ７からタイミングｔ８までの期間）において、制御部ＣＮＴ１は、第２スイッチＳＷ２をオンにし、第１スイッチＳＷ１をオフにし、第３スイッチＳＷ３をオフにし、第４スイッチＳＷ４をオンにし、第５スイッチＳＷ５をオフにする。これにより、グランド電位から第４スイッチＳＷ４、コンデンサＣ１、第２スイッチＳＷ２、及び第１インダクタＬ１経由して出力コンデンサＣＯＵＴ及び出力端子ＯＵＴに電流が流れる（図６参照）。
　第２期間Ｐ２が終了すると、制御部ＣＮＴ１は、第２スイッチＳＷ２をターンオフし、第３スイッチＳＷ３をターンオンする。制御部ＣＮＴ１は、第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１が減少して零になるまで、第３スイッチＳＷ３をオンにし続ける。これにより、グランド電位から第３スイッチＳＷ３及び第１インダクタＬ１を経由して出力コンデンサＣＯＵＴ及び出力端子ＯＵＴに電流が流れる（図７参照）。したがって、スイッチング電源装置１は、第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１を検出する第１電流検出部（不図示）を備える。第１検出部としては、例えば第３スイッチＳＷ３の両端電位差により第３スイッチＳＷ３を流れる電流を検出して間接的に第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１を検出する電流検出部を挙げることができる。第２スイッチＳＷ２がオフであり、第３スイッチＳＷ３がオンであるとき、第３スイッチＳＷ３を流れる電流は第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１とみなすことができるからである。
　第３接続ノードＮ３の電圧Ｖ３は、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ１から、上述した第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３のスイッチングによって生成される。
　そして、制御部ＣＮＴ１は、第２スイッチＳＷ２のターンオンの前に、第３スイッチＳＷ３をオンにする第２オン期間Ｏ２（タイミングｔ５からタイミングｔ６までの期間）を設ける。第２オン期間Ｏ２の開始時点（タイミングｔ５）では、第１インダクタＬ１を流れる電流ＩＬ１は零である。第２オン期間Ｏ２では、第３スイッチＳＷ３がオンになるため、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が負電流になる（図８参照）。そして、第２オン期間Ｏ２が終了すると、第３スイッチＳＷ３がオフになるため、第３接続ノードＮ３の電圧Ｖ３が上昇する。これにより、第２スイッチＳＷ２がターンオンするときの第２スイッチＳＷ２の両端電位差を小さく（理想的には零に）できるので、スイッチング電源装置１の高効率化を図ることができる。
　また、制御部ＣＮＴ１は、第２スイッチＳＷ２をオンにするときはコンデンサＣｒの両端がそれぞれ低インピーダンス状態になるように、第２スイッチＳＷ２をオンにするときは常に第４スイッチＳＷ４をオンにしている。
　同様に、制御部ＣＮＴ１は、第５スイッチＳＷ５をオンにするときはコンデンサＣｒの両端がそれぞれ低インピーダンス状態になるように、第５スイッチＳＷ５をオンにするときは常に第１スイッチＳＷ１をオンにしている。
　さらに、制御部ＣＮＴ１は、コンデンサＣｒの両端電位差を略一定に保つために、各周期ＰＤにおいて第１期間Ｐ１の長さと第２期間Ｐ２の長さを揃えている。
＜一実施形態に係るスイッチング電源装置の第２動作例＞
　図９は、スイッチング電源装置１の第２動作例を示すタイムチャートである。以下、第２動作例において第１動作例と同様の動作については説明を省略し、第１動作例と異なる動作について説明する。
　第２動作例において、制御部ＣＮＴ１は、各周期ＰＤにおいて第１スイッチＳＷ１及び第４スイッチＳＷ４をデューティ５０％で相補的にオン／オフ制御していない。
　第２動作例において、制御部ＣＮＴ１は、第１スイッチＳＷ１及び第５スイッチＳＷ５を同時にターンオンし、第１スイッチＳＷ１及び第５スイッチＳＷ５を同時にターンオフする。また、第２動作例において、制御部ＣＮＴ１は、第４スイッチＳＷ４及び第２スイッチＳＷ２を同時にターンオンし、第４スイッチＳＷ４及び第２スイッチＳＷ２を同時にターンオフする。
　第５スイッチＳＷ５及び第６スイッチＳＷ６がともにオフであるとき、すなわち第４接続ノードＮ４がハイインピーダンス状態であるとき、第４接続ノードＮ４の電圧Ｖ４は出力電圧ＶＯＵＴと同じ値を保とうとする。しかしながら、第４接続ノードＮ４がハイインピーダンス状態である期間において第２スイッチＳＷ２がオンになると、第５スイッチＳＷ５の両端間に形成されるボディダイオードによって第４接続ノードＮ４から電荷が引き抜かれて、第４接続ノードＮ４の電圧Ｖ４は０Ｖまで低下する。なお、第５スイッチＳＷ５の両端間に形成されるボディダイオードは、第４接続ノードＮ４側がアノードであり、第２接続ノードＮ２側がカソードである。第４接続ノードＮ４の電圧Ｖ４が出力電圧ＶＯＵＴより低くなるため、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が負電流になる。そして、第２スイッチＳＷ２がターンオフすると、第４接続ノードＮ４から第５スイッチＳＷ５の両端間に形成されるボディダイオードを経由して第２接続ノードＮ２に電荷が供給されて、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２が２４Ｖまで上昇する。第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２の上昇に伴い、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ１が４８Ｖまで上昇する。これにより、第１スイッチＳＷ１がターンオンするときの第１スイッチＳＷ１の両端電位差を小さく（理想的には零に）できる。したがって、第２動作例は、第１動作例よりもスイッチング電源装置１の高効率化を図ることができる。
　なお、両端間にボディダイオードが形成されない第５スイッチＳＷ５を用いる場合、又は、両端間に形成されるボディダイオードの電流能力が低い第５スイッチＳＷ５を用いる場合、第５スイッチＳＷ５に並列接続されるダイオードを設けてもよい。
＜一実施形態に係るスイッチング電源装置の第３動作例＞
　図１０は、スイッチング電源装置１の第３動作例を示すタイムチャートである。以下、第３動作例において第２動作例と同様の動作については説明を省略し、第２動作例と異なる動作について説明する。
　第３動作例では、第２動作例と同様に、第２スイッチＳＷ２がターンオフすると、第４接続ノードＮ４から第５スイッチＳＷ５の両端間に形成されるボディダイオードを経由して第２接続ノードＮ２に電荷が供給される。そして、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２は上昇するが、２４Ｖには達しない。第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２の上昇に伴い、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ１は上昇するが、４８Ｖには達しない。第１スイッチＳＷ１がターンオンすると、第２接続ノードＮ２の電圧Ｖ２は２４Ｖまで上昇し、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖ２は４８Ｖまで上昇する。
　第３動作例は、第２動作例には及ばないが、第１動作例よりもスイッチング電源装置１の高効率化を図ることができる。
＜用途＞
　次に、先に説明したスイッチング電源装置１の用途例について説明する。図１１は、車載機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、車載機器Ｘ１１～Ｘ１７と、これらの車載機器Ｘ１１～Ｘ１７に電力を供給するバッテリ（不図示）と、を搭載している。
　先に説明したスイッチング電源装置１が車両Ｘに搭載される場合、ＡＭラジオ放送の受信に悪影響が出ないようにＡＭ帯域の輻射ノイズを抑えることが求められる。したがって、制御部ＣＮＴ１が、第１接続ノードＮ１に、１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下の電圧を発生させることが望ましい。すなわち、上述した各周期ＰＤの固定値の逆数（スイッチング周波数）を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下にすることが望ましい。スイッチング周波数が１．８ＭＨｚ未満になると、ＡＭ帯域の輻射ノイズが増加し、スイッチング周波数が２．１ＭＨｚより大きくなると、スイッチング損失が許容範囲を超えるからである。
　車載機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。
　車載機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high　intensity  discharged  lamp］やＤＲＬ［daytime  running　lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
　車載機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。
　車載機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock  brake　system］制御、ＥＰＳ［electric　power  Steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。
　車載機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。
　車載機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。
　車載機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［Electronic　Toll　Collection　System］など、ユーザの任意で車両Ｘに装着される電子機器である。
　なお、先に説明したスイッチング電源装置１は、車載機器Ｘ１１～Ｘ１７のいずれにも組み込むことが可能である。
＜留意点＞
　なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
　例えば、上記実施形態では、各周期において第１期間Ｐ１の長さと第２期間Ｐ２の長さを揃えることで、コンデンサＣ１の両端電位差を一定に保っている。しかしながら、例えば、第１期間Ｐ１の長さと第２期間Ｐ２の長さを揃えず、コンデンサＣ１の両端電位差を検出し、コンデンサＣ１の両端電位差の検出結果に応じて第１期間Ｐ１の長さと第２期間Ｐ２の長さとの比率を調整する構成にしてもよい。
　また、上記実施形態では、第５スイッチＳＷ５がターンオンするタイミングと、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になるタイミングとが同一のタイミング（タイミングｔ３）であるが、第５スイッチＳＷ５がターンオンするタイミングは、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になるタイミングより前であってもよく、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になるタイミングより後であってもよい。ただし、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になるより前に第５スイッチＳＷ５がターンオンする場合、第５スイッチＳＷ５はゼロボルトスイッチングにならない。したがって、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になると同時に、又は、第２インダクタＬ２を流れる電流ＩＬ２が零になった後に、第５スイッチＳＷ５がターンオンすることが望ましい。
　また、上記実施形態では、タイミングｔ５からタイミングｔ６までの期間において、第３スイッチＳＷ３と第６スイッチＳＷ６とがともにオンになっているが、第６スイッチＳＷ６がターンオフした後（タイミングｔ６の後）に第３スイッチＳＷ３がターンオンするようにしてもよい。第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３と第５スイッチＳＷ５及び第６スイッチＳＷ６との間にコンデンサＣ１が配置されており、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３のスイッチング動作と第５スイッチＳＷ５及び第６スイッチＳＷ６のスイッチング動作とは独立しているからである。ただし、上記実施形態のように第３スイッチＳＷ３と第６スイッチＳＷ６とがともにオンである期間を設けた方が、スイッチング制御の時間的な効率が高くなるので、第３スイッチＳＷ３と第６スイッチＳＷ６とがともにオンである期間を設けることが望ましい。
　以上説明したスイッチング電源装置（１）は、第１～第６スイッチ（ＳＷ１～ＳＷ６）と、コンデンサ（Ｃ１）と、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部（ＣＮＴ１）と、を備え、前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成され、前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成され、前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成され、前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、前記制御部は、前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、を設けるように構成される構成（第１の構成）である。
　上記第１の構成のスイッチング電源装置は、入力電圧と出力電圧との関係を変更することができる。
　上記第１の構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第５スイッチのターンオンの前に前記第６スイッチをオンにする第１オン期間を設けるように構成される構成（第２の構成）としてもよい。
　上記第２の構成のスイッチング電源装置は、第５スイッチがターンオンするときの第５スイッチの両端電位差を小さく（理想的には零に）できるので、高効率化を図ることができる。
　上記第１又は第２の構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第２スイッチのターンオンの前に前記第３スイッチをオンにする第２オン期間を設けるように構成される構成（第３の構成）としてもよい。
　上記第３の構成のスイッチング電源装置は、第２スイッチがターンオンするときの第２スイッチの両端電位差を小さく（理想的には零に）できるので、高効率化を図ることができる。
　上記第１～第３いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第２スイッチをオンにするときは常に前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオンにするときは常に前記第１スイッチをオンにするように構成される構成（第４の構成）としてもよい。
　上記第４の構成のスイッチング電源装置は、第２スイッチをオンにするときにコンデンサＣｒの両端をそれぞれ低インピーダンス状態にできる。また、上記第４の構成のスイッチング電源装置は、第５スイッチをオンにするときにコンデンサの両端をそれぞれ低インピーダンス状態にできる。
　上記第１～第４いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、各周期において前記１期間の長さと前記第２期間の長さを揃えるように構成される構成（第５の構成）としてもよい。
　上記第５の構成のスイッチング電源装置は、コンデンサの両端電位差を一定に保つことができる。
　上記第１～第５いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第１スイッチ及び前記第５スイッチを同時にターンオンし、前記第１スイッチ及び前記第５スイッチを同時にターンオフし、前記第４スイッチ及び前記第２スイッチを同時にターンオンし、前記第４スイッチ及び前記第２スイッチを同時にターンオフするように構成される構成（第６の構成）としてもよい。
　上記第６の構成のスイッチング電源装置は、第１スイッチがターンオンするときの第１スイッチの両端電位差を小さく（理想的には零に）できるので、高効率化を図ることができる。
　以上説明したスイッチ制御装置（ＣＮＴ１）は、第１～第６スイッチ（ＳＷ１～ＳＷ６）と、コンデンサ（Ｃ１）と、を備え、前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成され、前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成され、前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成され、前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される、スイッチング電源装置（１）の一部であって、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成され、前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、を設けるように構成される構成（第７の構成）である。
　上記第７の構成のスイッチ制御装置は、スイッチング電源装置における入力電圧と出力電圧との関係を変更することができる。
　以上説明した車載機器（Ｘ１１～Ｘ１７）は、上記第１～第６いずれかの構成のスイッチング電源装置又は上記第７の構成のスイッチ制御装置を備える構成（第８の構成）である。
　上記第８の構成の車載機器は、スイッチング電源装置における入力電圧と出力電圧との関係を変更することができる。
　以上説明した車両は、上記第８の構成の車載機器と、前記車載機器に電力を供給するバッテリと、を備える構成（第９の構成）である。
　上記第９の構成の車両（Ｘ）は、スイッチング電源装置における入力電圧と出力電圧との関係を変更することができる。
　　　１　一実施形態に係るスイッチング電源装置
　　　Ｃ１　コンデンサ
　　　ＣＯＵＴ　出力コンデンサ
　　　ＣＮＴ１　制御部
　　　ＦＢ１　出力帰還部
　　　Ｌ１　第１インダクタ
　　　Ｌ２　第２インダクタ
　　　ＬＤ１　負荷
　　　ＳＷ１～ＳＷ６　第１～第６スイッチ
　　　Ｘ　車両
　　　Ｘ１１～Ｘ１７　車載機器

Claims (9)

  1. 　第１～第６スイッチと、コンデンサと、前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、を備え、
    　前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成され、
    　前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、
    　前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、
    　前記制御部は、
    　前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、
    　前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、
    を設けるように構成される、スイッチング電源装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記第５スイッチのターンオンの前に前記第６スイッチをオンにする第１オン期間を設けるように構成される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記第２スイッチのターンオンの前に前記第３スイッチをオンにする第２オン期間を設けるように構成される、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
  4. 　前記制御部は、
    　前記第２スイッチをオンにするときは常に前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオンにするときは常に前記第１スイッチをオンにするように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
  5. 　前記制御部は、
    　各周期において前記１期間の長さと前記第２期間の長さを揃えるように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記第１スイッチ及び前記第５スイッチを同時にターンオンし、前記第１スイッチ及び前記第５スイッチを同時にターンオフし、
    　前記第４スイッチ及び前記第２スイッチを同時にターンオンし、前記第４スイッチ及び前記第２スイッチを同時にターンオフするように構成される、請求項１～５のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
  7. 　第１～第６スイッチと、コンデンサと、を備え、
    　前記第１スイッチは、前記第１スイッチの第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、前記第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端及び前記コンデンサの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第２スイッチは、前記第２スイッチの第２端が前記第３スイッチの第１端及び第１インダクタの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第３スイッチは、前記第３スイッチの第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成され、
    　前記第４スイッチは、前記第４スイッチの第１端が前記コンデンサの第２端及び前記第５スイッチの第１端に接続可能に構成され、前記第４スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成され、
    　前記第５スイッチは、前記第５スイッチの第２端が前記第６スイッチの第１端及び第２インダクタの第１端に接続可能に構成され、
    　前記第６スイッチは、前記第６スイッチの第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される、スイッチング電源装置の一部であって、
    　前記第１～前記第６スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成され、
    　前記第５スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオフにし、前記第６スイッチをオフにする第１期間と、
    　前記第２スイッチをオンにし、前記第１スイッチをオフにし、前記第３スイッチをオフにし、前記第４スイッチをオンにし、前記第５スイッチをオフにする第２期間と、
    を設けるように構成される、スイッチ制御装置。
  8. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置又は請求項７に記載のスイッチ制御装置を備える、車載機器。
  9. 　請求項８に記載の車載機器と、
    　前記車載機器に電力を供給するバッテリと、
    　を備える、車両。
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