(57)【要約】【課題】  あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持すること。【解決手段】  降圧スイッチ１８を有する降圧部１２と、昇圧スイッチ２８を有し、チョークコイルＬ１を降圧部１２と共有する昇圧部１４と、フィードバック電圧Ｖｆと設定電圧Ｖｓとの差のエラー電圧Ｖｅを出力するエラーコンパレータ４８と、エラー電圧Ｖｅを基に“Ｈ”または“Ｌ”のスッチングモード切替信号Ｓ３を出力するスイッチングモード切替回路４０と、スッチングモード切替信号Ｓ３に従って、オンオフ信号Ｓ１またはＳ２を選択する制御信号選択回路４２を備え、降圧モード時には、降圧スイッチ１８をオンオンし、昇圧スイッチ２８をオフとし、昇圧モード時には、降圧スイッチ１８をオンとし、昇圧スイッチ２８をオンオフし、ＶｉｎがＶｏｕｔとほぼ同じになるときには、降圧スイッチ１８または昇圧スイッチ２８を断続的にオンオフする。【選択図】図１
2010098836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から直流電圧を入力する降圧スイッチと、前記降圧スイッチに接続されたチョークコイルを有し、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部と、
前記チョークコイルを介して前記降圧スイッチに接続された昇圧スイッチを有し、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部と、
前記降圧スイッチまたは前記昇圧スイッチをオンオフ制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記出力電圧が所定の電圧よりも小さい場合は、前記降圧スイッチをオンオフ制御し、前記昇圧スイッチをオフに維持し、
前記出力電圧が前記所定の電圧よりも大きい場合は、前記昇圧スイッチをオンオフ制御し、前記降圧スイッチをオンに維持する、
第一のスイッチ制御部を有し、
該第一のスイッチ制御部により制御された前記降圧スイッチまたは昇圧スイッチのオン期間にオンオフ制御してなる第二のスイッチ制御部を有している、
昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記入力電圧が前記出力電圧よりも高い降圧モード時に、前記降圧スイッチを断続的にオンオフ制御し、前記昇圧スイッチをオフに維持し、
前記入力電圧が前記出力電圧よりも低い昇圧モード時には、前記降圧スイッチをオンに維持し、前記昇圧スイッチを断続的にオンオフ制御し、
前記降圧モード時に、前記降圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上継続したことを条件に、前記昇圧モードによる制御に移行し、
前記昇圧モード時に、前記昇圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上停止したことを条件に、前記降圧モードによる制御に移行してなる、
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された直流電圧を昇圧または降圧し、入力された直流電圧を所定の出力電圧に変換する昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器等の電源装置として、入力電圧の変動しても出力電圧を一定の範囲に保持することができるチョッパ方式の電源装置が用いられている。
【０００３】
この種の電源装置としては、例えば、降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタとを共通のチョークコイルを介して接続し、入力電圧が出力電圧よりも高いときには、昇圧用チョッパトランジスタをオフとし、降圧用チョッパトランジスタをオンオフ制御して入力電圧を降圧し、入力電圧が出力電圧よりも低いときには、降圧用チョッパトランジスタをオンとし、昇圧用チョッパトランジスタをオンオフ制御して入力電圧を昇圧するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この電源装置によれば、降圧型チョッパ方式の電源装置と昇圧型チョッパ方式の電源装置を同一の回路で実現することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１８９７０号公報（第２頁から第３頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、入力電圧に応じて降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタを選択的に動作させるようにしているので、入力電圧が変動しても出力電圧をほぼ一定に保つことができる。
【０００７】
しかし、降圧と昇圧の切替時には、降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタの動作が円滑に切り替わらないので、出力電圧を一定に保持できない。
【０００８】
すなわち、降圧用チョッパトランジスタや昇圧用チョッパトランジスタに用いるトランジスタには、ターンオン時やターンオフ時にディレイタイム（スイッチング時間）があるので、降圧と昇圧の切替時に、単に、入力電圧に応じて降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタを選択的に動作させても、降圧用チョッパトランジスタがオンに、昇圧用チョッパトランジスタがオフに維持されることがあり、出力電圧を一定に保持できない。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持することができる昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、請求項１に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、直流電源から直流電圧を入力する降圧スイッチと、前記降圧スイッチに接続されたチョークコイルを有し、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部と、前記チョークコイルを介して前記降圧スイッチに接続された昇圧スイッチを有し、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部と、前記降圧スイッチまたは前記昇圧スイッチをオンオフ制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記出力電圧が所定の電圧よりも小さい場合は、前記降圧スイッチをオンオフ制御し、前記昇圧スイッチをオフに維持し、前記出力電圧が前記所定の電圧よりも大きい場合は、前記昇圧スイッチをオンオフ制御し、前記降圧スイッチをオンに維持する、第一のスイッチ制御部を有し、該第一のスイッチ制御部により制御された前記降圧スイッチまたは昇圧スイッチのオン期間にオンオフ制御してなる第二のスイッチ制御部を有している構成とした。
【００１１】
（作用）降圧部による降圧と昇圧部による昇圧を行うに際して、出力電圧が所定の電圧よりも小さい場合は、降圧スイッチをオンオフ制御し、昇圧スイッチをオフに維持し、出力電圧が所定の電圧よりも大きい場合は、昇圧スイッチをオンオフ制御し、降圧スイッチをオンに維持することで、出力電圧を所定の電圧にすることができる。
【００１２】
すなわち、入力電圧の変化に伴って出力電圧が変化したときに、この変化に応じて、降圧スイッチが断続的にオンオフ制御されるか、あるいは、昇圧スイッチが断続的にオンオフ制御されるので、降圧と昇圧の一方または両方が断続的に繰り返され、全体として、出力電圧が所定の電圧に収束する。このため、あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持することができ、性能の向上に寄与することができる。
【００１３】
請求項２に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、請求項１に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記制御部は、前記入力電圧が前記出力電圧よりも高い降圧モード時に、前記降圧スイッチを断続的にオンオフ制御し、前記昇圧スイッチをオフに維持し、前記入力電圧が前記出力電圧よりも低い昇圧モード時には、前記降圧スイッチをオンに維持し、前記昇圧スイッチを断続的にオンオフ制御し、前記降圧モード時に、前記降圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上継続したことを条件に、前記昇圧モードによる制御に移行し、前記昇圧モード時に、前記昇圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上停止したことを条件に、前記降圧モードによる制御に移行してなる構成とした。
【００１４】
（作用）入力電圧が出力電圧よりも高い降圧モード時に、降圧スイッチを断続的にオンオフ制御し、昇圧スイッチをオフに維持することで入力電圧を降圧することができる。一方、入力電圧が出力電圧よりも低い昇圧モード時には、降圧スイッチをオンに維持し、昇圧スイッチを断続的にオンオフ制御することで、入力電圧を昇圧することができる。
【００１５】
降圧または昇圧を行うに際して、降圧モード時に、降圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上継続したことを条件に、昇圧モードによる制御に移行し、昇圧モード時に、昇圧スイッチに対するオンオフ制御が設定時間以上停止したことを条件に、降圧モードによる制御に移行することで、出力電圧を所定の電圧に保持することができる。
【００１６】
すなわち、降圧モード時に、降圧スイッチをオンオフ制御する時間が設定時間以上継続したときには、出力電圧が所定の電圧よりも低くなったと見なして、昇圧モードによる制御に移行し、昇圧モード時に、昇圧スイッチをオンオフする制御が設定時間以上停止したときには、出力電圧が所定の電圧よりも高くなったと見なして、降圧モードによる制御に移行することで、降圧と昇圧の一方または両方が断続的に繰り返され、全体として、出力電圧が所定の電圧に収束する。このため、あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持することができ、性能の向上に寄与することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、請求項１によれば、あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持することができ、性能の向上に寄与することができる。
【００１８】
請求項２によれば、あらゆる入出力の条件下で出力電圧を所定の電圧に保持することができ、性能の向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す車両用灯具の電源装置の回路構成図、図２は、降圧モードと昇圧モードおよび降圧モードと昇圧モードが頻繁に切替っている状態を説明するための波形図、図３は、降圧時におけるスイッチング信号のオンデューティと入出力電圧比との関係を示す特性図、図４は、昇圧時におけるスイッチング信号のオンデューティと入出力電圧比との関係を示す特性図、図５は、スイッチング信号のオンデューティと出力電圧との関係を示す特性図である。
【００２０】
図１において、車両用灯具の電源装置１０は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータとして、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部１２と、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部１４と、降圧部１２と昇圧部１４を制御する制御部１６を備えている。
【００２１】
降圧部１２は、降圧スイッチ１８と、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ１と、チョークコイル（インダクタ）Ｌ１を備えている。降圧スイッチ１８は、スッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタで構成され、ＮＭＯＳトランジスタのドレインが入力端子２０に接続され、ソースがダイオードＤ１を介して接地されているとともに、チョークコイルＬ１の一端に接続され、ゲートが制御部１６に接続されている。コンデンサＣ１の両端は、入力端子２０、２２にそれぞれ接続されている。入力端子２０は、電源スイッチ２４を介して車載バッテリ（直流電源）２６のプラス端子に接続され、入力端子２２は、車載バッテリ２６のマイナス端子に接続されている。
【００２２】
昇圧部１４は、降圧部１２と共通のチョークコイル（インダクタ）Ｌ１を備えているとともに、昇圧スイッチ２８と、コンデンサＣ２と、ダイオードＤ２を備えている。昇圧スイッチ２８は、スッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタで構成され、ＮＭＯＳトランジスタのドレインがチョークコイルＬ１の他端に接続されているとともに、ダイオードＤ２を介して出力端子３０に接続され、ソースが接地され、ゲートが制御部１６に接続されている。コンデンサＣ２は、その一端がダイオードＤ２と出力端子３０に接続され、他端が接地されているとともに出力端子３２に接続されている。出力端子３０、３２の両端には、ランプ、ＬＥＤなどの負荷３４が接続されている。
【００２３】
降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８は、制御部１６からのオンオフ信号（スイッチング信号）に応答してオンオフし、オフ信号に応答してオフとなり、オン信号に応答してオンとなる。
【００２４】
例えば、入力端子２０、２２間に印加される入力電圧Ｖｉｎが、出力端子３０、３２から負荷３４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い（Ｖｉｎ＞Ｖｏｕｔ）、降圧モードのときには、降圧スイッチ１８は、制御部１６からのオンオフ信号に応答してオンオフし、昇圧スイッチ２８はオフ信号に応答してオフとなる。
【００２５】
昇圧スイッチ２８がオフに維持されているときに、降圧スイッチ１８がオンになると、入力端子２０、２２間に印加された直流電圧がコンデンサＣ１の両端に印加されるとともに、降圧スイッチ１８に電流が流れる。この電流は、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ２を介して負荷３４に流れる。これにより、チョークコイルＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００２６】
次に、昇圧スイッチ２８がオフに維持されているときに、降圧スイッチ１８がオフになると、ダイオードＤ１の導通により、チョークコイルＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２および負荷３４に供給され、入力電圧Ｖｉｎが降圧されて出力端子３０、３２から出力される。
【００２７】
また、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔよりも低い（Ｖｉｎ＜Ｖｏｕｔ）、昇圧モードのときには、降圧スイッチ１８は、制御部１６からのオン信号に応答してオンとなり、昇圧スイッチ２８は、制御部１６からのオンオフ信号に応答してオンオフする。
【００２８】
降圧スイッチ１８がオンに維持されているときに、昇圧スイッチ２８がオンになると、車載バッテリ２６からの電流が降圧スイッチ２８、チョークコイルＬ１を介して昇圧スイッチ２８に流れる。これにより、チョークコイルＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００２９】
次に、降圧スイッチ１８がオンに維持されているときに、昇圧スイッチ２８がオフになると、ダイオードＤ２の導通により、チョークコイルＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２および負荷３４に供給され、入力電圧Ｖｉｎが昇圧されて出力端子３０、３２から出力される。
【００３０】
すなわち、制御部１６は、降圧モードと昇圧モードを備え、各モードに応じて制御信号（オンオフ信号、オン信号およびオフ信号を含む信号）を生成し、生成した制御信号を降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８に出力する。
【００３１】
具体的には、制御部１６は、比較回路３６と、オンオフ信号発生回路３８と、スイッチングモード切替回路４０と、制御信号選択回路４２を備えている。
【００３２】
比較回路３６は、エラーコンパレータ（誤差比較器）４８と、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ７を備えている。
【００３３】
抵抗Ｒ２、Ｒ３は、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧し、分圧して得られた電圧をフィードバック電圧Ｖｆとしてエラーコンパレータ４８のマイナス端子に入力する。
【００３４】
エラーコンパレータ４８は、第一のスイッチ制御部として構成され、プラス端子に印加される設定電圧（基準電圧Ｖｒを抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ６で分圧して得られた電圧であって、出力電圧Ｖｏｕｔを所定（目標）の電圧にするために設定された電圧）Ｖｓとフィードバック電圧Ｖｆとを比較し、この比較結果をエラー電圧Ｖｅとして、スイッチングモード切替回路４０と制御信号選択回路４２に出力する。
【００３５】
例えば、エラーコンパレータ４８は、フィードバック電圧Ｖｆ＞設定電圧Ｖｓのときには、“Ｈ”レベルのエラー電圧Ｖｅを出力し、フィードバック電圧Ｖｆ＜設定電圧Ｖｓのときには、“Ｌ”レベルのエラー電圧Ｖｅを出力する。
【００３６】
オンオフ信号発生回路３８は、第二のスイッチ制御部の一要素として、オンオフ信号発生器５２、５４を備えている。オンオフ信号発生器５２は、オンオフ信号Ｓ１を降圧用制御信号として生成し、生成したオンオフ信号Ｓ１を制御信号選択回路４２に出力する。
【００３７】
オンオフ信号発生器５４は、オンオフ信号Ｓ２を昇圧用制御信号として生成し、生成したオンオフ信号Ｓ２を制御信号選択回路４２に出力する。
【００３８】
スイッチングモード切替回路４０は、カウンタ５６、５８と、ＲＳフリップフロップ６０と、インバータ６２を備えている。
【００３９】
カウンタ５６は、クロック端子（ＣＫ）がクロック発生器５０に接続され、クリア端子（ＣＬＲ）がインバータ６２を介してエラーコンパレータ４８の出力端子に接続され、Ｑ端子がＲＳフリップフロップ６０のセット端子（Ｓ）に接続されている。このカウンタ５６は、クロック発生器５０からのクロック信号を計数し、計数値が設定値に達したときに、Ｑ端子から“Ｈ”レベルの信号をＲＳフリップフロップ６０のセット端子（Ｓ）に出力し、エラー電圧Ｖｅが“Ｌ”レベルになったことに応答して、計数値をクリアする。
【００４０】
すなわち、カウンタ５６は、クリア端子（ＣＬＲ）が“Ｈ”レベルになっている状態でクリアされ、エラー電圧Ｖｅが“Ｈ”レベルになって、クリア端子（ＣＬＲ）が“Ｌ”レベルになったときから、クロック発生器５０からのクロック信号を計数し、計数値が設定値に達したときに、ＲＳフリップフロップ６０をセットする。
【００４１】
カウンタ５８は、クロック端子（ＣＫ）がクロック発生器５０に接続され、クリア端子（ＣＬＲ）がエラーコンパレータ４８の出力端子に接続され、Ｑ端子がＲＳフリップフロップ６０のリセット端子（Ｒ）に接続されている。このカウンタ５８は、クロック発生器５０からのクロック信号を計数し、計数値が設定値に達したときに、Ｑ端子から“Ｈ”レベルの信号をＲＳフリップフロップ６０のリセット端子（Ｒ）に出力する。
【００４２】
また、カウンタ５８は、エラー電圧Ｖｅが“Ｈ”レベルになったことに応答して、計数値をクリアする。すなわち、カウンタ５８は、エラー電圧Ｖｅが“Ｌ”レベルになったときから、クロック発生器５０の出力によるクロック信号を計数し、計数値が設定値に達したときに、ＲＳフリップフロップ６０をリセットする。
【００４３】
ＲＳフリップフロップ６０は、セット端子（Ｓ）に“Ｈ”レベルの信号が入力されたときから、Ｑ端子から“Ｈ”レベルの信号を出力し続け、リセット端子（Ｒ）に“Ｈ”レベルの信号が入力されたときから、Ｑ端子から“Ｌ”レベルの信号を出力し続ける。
【００４４】
すなわち、スイッチングモード切替回路４０は、降圧モード時に、ＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から制御信号選択回路４２に“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３を出力し、昇圧モード時に、ＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から制御信号選択回路４２に“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３を出力する。
【００４５】
また、スイッチングモード切替回路４０は、降圧モード時に、エラー電圧Ｖｅが“Ｈ”レベルとなる時間が設定時間以上継続したとき、すなわち、カウンタ５６の計数値が設定値に達したときには、降圧スイッチ１８に対するオンオフ制御が設定時間以上継続したと判別し、ＲＳフリップフロップ６０のセット端子（Ｓ）のレベルを“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転させて、“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３を出力する。
【００４６】
さらに、スイッチングモード切替回路４０は、昇圧モード時に、エラー電圧Ｖｅが“Ｌ”レベルとなる時間が設定時間以上継続したとき、すなわち、カウンタ５８の計数値が設定値に達したときには、昇圧スイッチ２８に対するオンオフ制御が設定時間以上停止したと判別し、ＲＳフリップフロップ６０のリセット端子（Ｒ）のレベルを“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転させて、“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３を出力する。
【００４７】
制御信号選択回路４２は、ＡＮＤゲート６４、６６、６８と、ＯＲゲート７０を備えている。ＡＮＤゲート６４は、第二のスイッチ制御部の一要素として、一方の入力端子がエラーコンパレータ４８の出力端子に接続され、他方の入力端子がオンオフ信号発生器５２に接続され、出力端子がＯＲゲート７０の一方の入力端子に接続されている。このＡＮＤゲート６４は、エラーコンパレータ４８の出力によるエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにあることを条件に、オンオフ信号発生器５２からのオンオフ信号Ｓ１をＯＲゲート７０に出力する。
【００４８】
ＡＮＤゲート６６は、第二のスイッチ制御部の一要素として、一方の入力端子がエラーコンパレータ４８の出力端子に接続され、他方の入力端子がオンオフ信号発生器５４に接続され、出力端子がＡＮＤゲート６８の一方の入力端子に接続されている。このＡＮＤゲート６６は、エラーコンパレータ４８の出力によるエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにあることを条件に、オンオフ信号発生器５４からのオンオフ信号Ｓ２をＡＮＤゲート６８に出力する。
【００４９】
ＯＲゲート７０は、一方の入力端子がＡＮＤゲート６４の出力端子に接続され、他方の入力端子がＲＳフリップフロップ６０のＱ端子に接続され、出力端子が降圧スイッチ１８のゲートに接続されている。このＯＲゲート７０は、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときには、ＡＮＤゲート６４からのオンオフ信号Ｓ１を降圧スイッチ１８に出力し、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときには、オン信号を降圧スイッチ１８に出力する。
【００５０】
ＡＮＤゲート６８は、一方の入力端子がＡＮＤゲート６６の出力端子に接続され、他方の入力端子がＲＳフリップフロップ６０のＱ端子に接続され、出力端子が昇圧スイッチ２８のゲートに接続されている。このＡＮＤゲート６８は、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときには、オフ信号を昇圧スイッチ２８に出力し、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０のＱ端子から“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときには、オンオフ信号Ｓ２を昇圧スイッチ２８に出力する。
【００５１】
すなわち、制御信号選択回路４２は、出力電圧Ｖｏｕｔに対応したフィードバック電圧Ｖｆが設定電圧Ｖｓよりも小さく（出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧より小さく）、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにあるときには、降圧スイッチ１８または昇圧スイッチ２８をオンオフ制御するために、オンオフ信号Ｓ１を降圧スイッチ１８に出力するか、またはオンオフ信号Ｓ２を昇圧スイッチ２８に出力する。
【００５２】
また、制御信号選択回路４２は、出力電圧Ｖｏｕｔに対応したフィードバック電圧Ｖｆが設定電圧Ｖｓよりも大きく（出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧より大きく）、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルにあるときには、降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８のオンオフ制御を停止するために、オンオフ信号Ｓ１とオンオフ信号Ｓ２の出力を停止する。
【００５３】
次に、降圧モードと昇圧モードおよび降圧モードと昇圧モードが頻繁に切替っている状態における電源装置１０の動作を図２に基づいて説明する。
【００５４】
まず、入力電圧Ｖｉｎ＞出力電圧Ｖｏｕｔとなる降圧モード時には、図２（ａ）に示すように、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０からＯＲゲート７０とＡＮＤゲート６８に“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力される。
【００５５】
ＲＳフリップフロップ６０から“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときに、エラーコンパレータ４８の出力によるエラー電圧Ｖｅが“Ｈ”レベルになると、例えば、タイミングｔ１〜ｔ２の期間と、タイミングｔ３〜ｔ４の期間およびタイミングｔ５〜ｔ６の期間、ＯＲゲート７０から降圧スイッチ１８に、オンオフ信号Ｓ１が出力され、このオンオフ信号Ｓ１によって降圧スイッチ１８がオンオフ制御される。また、降圧モード時には、“Ｌ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３に応答して、ＡＮＤゲート６８から昇圧スイッチ２８にオフ信号が出力され、昇圧スイッチ２８はオフ状態に維持される。
【００５６】
このように、昇圧スイッチ２８がオフ状態に維持されているときに、タイミングｔ１〜ｔ２の期間と、タイミングｔ３〜ｔ４の期間およびタイミングｔ５〜ｔ６の期間、降圧スイッチ１８がオンオフ制御されると、オンオフ信号Ｓ１に従って入力電圧Ｖｉｎが断続的に降圧されて出力される。
【００５７】
一方、入力電圧Ｖｉｎ＜出力電圧Ｖｏｕｔとなる昇圧モード時には、図２（ｂ）に示すように、スイッチングモード切替回路４０のＲＳフリップフロップ６０からＯＲゲート７０とＡＮＤゲート６８に“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力される。
【００５８】
ＲＳフリップフロップ６０から“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３が出力されているときに、エラーコンパレータ４８の出力によるエラー電圧Ｖｅが“Ｈ”レベルになると、例えば、タイミングｔ１〜ｔ２の期間と、タイミングｔ３〜ｔ４の期間およびタイミングｔ５〜ｔ６の期間、ＡＮＤゲート６８から昇圧スイッチ２８に、オンオフ信号Ｓ２が出力され、このオンオフ信号Ｓ２によって昇圧スイッチ２８がオンオフ制御される。また、昇圧モード時には、“Ｈ”レベルのスイッチングモード切替信号Ｓ３に応答して、ＯＲゲート７０から降圧スイッチ１８にオン信号が出力され、降圧スイッチ１８はオン状態に維持される。
【００５９】
このように、降圧スイッチ１８がオン状態に維持されているときに、タイミングｔ１〜ｔ２の期間と、タイミングｔ３〜ｔ４の期間およびタイミングｔ５〜ｔ６の期間、昇圧スイッチ２８がオンオフ制御されると、オンオフ信号Ｓ２に従って入力電圧Ｖｉｎが断続的に昇圧されて出力される。
【００６０】
次に、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ同じとなるときには、図２（ｃ）に示すように、タイミングｔ１〜ｔ９の期間でモードの切り替えが頻繁に行われる。
【００６１】
例えば、タイミングｔ１〜ｔ２の期間、降圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオンオフ信号Ｓ１でオンオフ制御され、昇圧スイッチ２８がオフ信号によってオフに維持される。降圧モードによる制御が実行されているときに、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルとなる時間が設定時間となって、カウンタ５６の計数値が設定値に到達し、ＲＳフリップフロップ６０がセットされると、タイミングｔ２で降圧モードから昇圧モードに移行し、スイッチングモード切替信号Ｓ３のレベルが“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転する。
【００６２】
タイミングｔ２で降圧モードから昇圧モードに移行した後、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにある、タイミングｔ２〜ｔ３の期間、昇圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオン信号によってオンに維持され、昇圧スイッチ２８がオンオフ信号Ｓ２でオンオフ制御される。昇圧モードによる制御で出力電圧Ｖｏｕｔが高くなり、タイミングｔ３でエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルになると、降圧スイッチ１８がオンに維持されたまま、昇圧スイッチ２８がオフになる。
【００６３】
昇圧モードによる制御が実行されているときに、タイミングｔ３でエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルとなると、カウンタ５８によるクロック信号の計数が開始される。昇圧モード時に、カウンタ５８の計数値が設定値に到達し、カウンタ５８の出力信号によってＲＳフリップフロップ６０がリセットされると、タイミングｔ４で、スイッチングモード切替信号Ｓ３のレベルが“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに反転し、昇圧モードから降圧モードに移行する。
【００６４】
タイミングｔ４で昇圧モードから降圧モードに移行し、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにある、タイミングｔ４〜ｔ５の期間は、降圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオンオフ信号Ｓ１でオンオフ制御され、昇圧スイッチ２８がオフ信号によってオフに維持される。
【００６５】
降圧モードによる制御が実行されているときに、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルとなる時間が設定時間となって、カウンタ５６の計数値が設定値に到達し、ＲＳフリップフロップ６０がセットされると、タイミングｔ５で、スイッチングモード切替信号Ｓ３のレベルが“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転し、降圧モードから昇圧モードに移行する。
【００６６】
降圧モードから昇圧モードに移行したときに、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにある、タイミングｔ５〜ｔ６の期間は、昇圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオン信号によってオンに維持され、昇圧スイッチ２８がオンオフ信号Ｓ２でオンオフ制御される。昇圧モードによる制御で出力電圧Ｖｏｕｔが高くなり、タイミングｔ６でエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルになると、降圧スイッチ１８がオンに維持されたまま、昇圧スイッチ２８がオフになる。
【００６７】
昇圧モードによる制御が実行されているときに、タイミングｔ６でエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルとなると、カウンタ５８によるクロック信号の計数が開始される。昇圧モード時に、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルとなる時間が設定時間となって、カウンタ５８の計数値が設定値に到達し、ＲＳフリップフロップ６０がリセットされると、タイミングｔ７で、スイッチングモード切替信号Ｓ３のレベルが“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに反転し、昇圧モードから降圧モードに移行する。
【００６８】
タイミングｔ７で昇圧モードから降圧モードに移行し、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにある、タイミングｔ７〜ｔ８の期間は、降圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオンオフ信号Ｓ１でオンオフ制御され、昇圧スイッチ２８がオフ信号によってオフに維持される。
【００６９】
降圧モードによる制御が実行されているときに、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルとなる時間が設定時間となって、カウンタ５６の計数値が設定値に到達し、ＲＳフリップフロップ６０がセットされると、タイミングｔ８で、ＲＳフリップフロップ６０のＱ端子のレベルが“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転し、降圧モードから昇圧モードに移行する。
【００７０】
降圧モードから昇圧モードに移行したときに、エラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｈ”レベルにある、タイミングｔ８〜ｔ９の期間は、昇圧モードによる制御として、降圧スイッチ１８がオン信号によってオンに維持され、昇圧スイッチ２８がオンオフ信号Ｓ２でオンオフ制御される。昇圧モードによる制御で出力電圧Ｖｏｕｔが高くなり、タイミングｔ９でエラー電圧Ｖｅのレベルが“Ｌ”レベルになると、降圧スイッチ１８がオンに維持されたまま、昇圧スイッチ２８がオフになる。
【００７１】
このように、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ同じときには、降圧モードと昇圧モードの切り替えが頻繁に行われ、この間、降圧スイッチ１８がオンオフ信号Ｓ１によって断続的にオンオフ制御され、昇圧スイッチ２８がオンオフ信号Ｓ２によって断続的にオンオフ制御される。
【００７２】
この際、降圧モードによる制御を行っているときに、降圧スイッチ１８をオンオフ制御する時間が設定時間以上継続したときには、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧よりも低くなったと見なして、昇圧モードによる制御に移行し、昇圧モードによる制御を行っているときに、昇圧スイッチ２８をオンオフする制御が設定時間以上停止したときには、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧よりも高くなったと見なして、降圧モードによる制御に移行することで、降圧と昇圧が断続的に繰り返され、全体として、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧に収束することになる。
【００７３】
ここで、降圧スイッチ１８に印加されるオンオフ信号のオンデューティと電源装置１０の入出力電圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）の関係は、図３の特性で表わされ、昇圧スイッチ２８に印加されるオンオフ信号のオンデューティと電源装置１０の入出力電圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）の関係は、図４の特性で表わされる。
【００７４】
このため、入出力電圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）＝１となるとき、すなわち、降圧スイッチ１８に印加されるオンオフ信号のオンデューティ＝１００％、昇圧スイッチ２８に印加されるオンオフ信号のオンデューティ＝０％で降圧モードと昇圧モードとの切替を行うことで、理論的には、降圧モードと昇圧モードの切り替え時にも、電源装置１０から出力電圧Ｖｏｕｔを連続的に出力することができる。
【００７５】
ところが、降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８を構成するスイッチング素子がオンオフ動作する際には、スイッチング可能な最小のオン時間とオフ時間（スイッチング素子のターンオンまたはターンオフに伴うディレイ時間）が存在するので、オンデューティの値によっては、出力電圧Ｖｏｕｔを連続的に出力することができないことがある。
【００７６】
例えば、降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８を構成するスイッチング素子に印加されるオンオフ信号の周波数（スイッチング周波数）を２ＭＨｚ（周期＝５００ｎｓ）とし、このオンオフ信号の最小オン時間＝最小オフ時間＝５０ｎｓとすると、図５に示すように、降圧スイッチ１８を構成するスイッチング素子は、降圧時（降圧モードＭ１時）におけるオンオフ信号のオンデューティが９０％よりも小さいときには、スイッチング動作するが、降圧時におけるオンオフ信号のオンデューティが９０％以上になるとスイッチング動作することができない。
【００７７】
また、昇圧スイッチ２８を構成するスイッチング素子は、昇圧時（昇圧モードＭ２時）におけるオンオフ信号のオンデューティが１０％よりも大きいときには、スイッチング動作するが、昇圧時におけるオンオフ信号のオンデューティが１０％以下になるとスイッチング動作することができない。
【００７８】
すなわち、降圧スイッチ１８と昇圧スイッチ２８を構成するスイッチング素子は、降圧時（降圧モードＭ１時）におけるオンオフ信号のオンデューティが９０％以上〜昇圧時（昇圧モードＭ２時）におけるオンオフ信号のオンデューティが１０％以下の範囲Ｗでは、スイッチング動作することなく、チョークコイルＬ１を介して導通する。
【００７９】
このため、降圧モードによる制御と昇圧モードによる制御のいずれかを選択する制御だけでは、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ同じになるときには、出力電圧Ｖｏｕｔを、図５の破線のように、制御したくても、実線のようになり、出力電圧Ｖｏｕｔを正確に制御できないことになる。
【００８０】
特に、スイッチング周波数が高周波で、入出力電圧が大きい程、出力電圧Ｖｏｕｔを正確に制御できない。これは、スイッチング周波数が高周波になる程、１周期の時間が短くなり、１周期に対する最小のオン時間とオフ時間の割合が大きくなるためである。また、入出力電圧が大きいと、スイッチング素子の耐圧を大きくする必要があり、一般的に、耐圧が大きいスイッチング素子程、最小のオン時間とオフ時間の値も大きいためである。
【００８１】
これに対して、本実施例では、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い、降圧モード時には、降圧スイッチ１８をオンオフ信号Ｓ１でオンオフ制御し、昇圧スイッチ２８をオフ信号によってオフに維持し、一方、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔよりも低い、昇圧モード時には、降圧スイッチ１８をオン信号によってオンに維持し、昇圧スイッチ２８をオンオフ信号Ｓ２でオンオフ制御することとしている。
【００８２】
また、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ同じになるときには、降圧スイッチ１８をオンオフ信号Ｓ１でオンオフ制御するか、または、昇圧スイッチ２８をオンオフ信号Ｓ２でオンオフ制御することとしている。
【００８３】
このように、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ同じになるときには、降圧モードによる降圧または昇圧モードによる昇圧を断続的に繰り返すため、出力電圧Ｖｏｕｔを、図５の破線のように、制御することでき、入力電圧Ｖｉｎが変化しても出力電圧Ｖｏｕｔを連続的に出力することができる。
【００８４】
すなわち、入力電圧の変化に伴って出力電圧が変化したときに、この変化に応じて、降圧スイッチ１８を断続的にオンオフ制御したり、あるいは昇圧スイッチ２８を断続的にオンオフ制御したりすることで、降圧と昇圧が断続的に繰り返され、全体として、出力電圧が所定の電圧に収束することになる。
【００８５】
従って、本実施例によれば、あらゆる入出力の条件下で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧に保持することができ、電源装置１０の性能の向上に寄与することができる。
【００８６】
また、本実施例では、出力電圧Ｖｏｕｔをフィードバックする方式を採用しているが、出力電流または出力電力をフィードバックする方式を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施例を示す車両用灯具の電源装置の回路構成図である。
【図２】降圧モードと昇圧モードおよび降圧モードと昇圧モードが頻繁に切替っている状態を説明するための波形図である。
【図３】降圧時におけるスイッチング信号のオンデューティと入出力電圧比との関係を示す特性図である。
【図４】昇圧時におけるスイッチング信号のオンデューティと入出力電圧比との関係を示す特性図である。
【図５】スイッチング信号のオンデューティと出力電圧との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  電源装置（昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１２  降圧部
１４  昇圧部
１６  制御部
１８  降圧スイッチ
２８  昇圧スイッチ
３６  比較回路  
３８  オンオフ信号発生回路
４０  スイッチングモード切替回路
４２  制御信号選択回路
【図１】
2010098836.tif 000003
【図２】
2010098836.tif 000004
【図３】
2010098836.tif 000005
【図４】
2010098836.tif 000006
【図５】
2010098836.tif 000007