(57)【要約】【課題】  入力電圧の変動に対して確実に出力電圧を一定に保持するように制御すること。【解決手段】  降圧スイッチＳＷ１とチョークコイルＬとを有し入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部２と、昇圧スイッチＳＷ２を有し入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部３と、前記出力電圧に対応した検出電圧Ｖｅと所定の周波数Ｔで変化する降圧用比較電圧とを比較して降圧スイッチＳＷ１をオンオフ制御するコンパレータ６と、検出電圧Ｖｅと所定の周波数Ｔで変化する昇圧用比較電圧とを比較して昇圧スイッチＳＷ２をオンオフ制御するコンパレータ７とを有する制御部４とを備える。制御部４は、前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧は同一の周波数Ｔで同期し、前記昇圧用比較電圧の振幅Ｌ２が前記降圧用比較電圧の振幅Ｌ１より大きくなるように制御している。【選択図】  図１
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【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と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、
前記出力電圧に対応した検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する降圧用比較電圧とを比較して前記降圧スイッチをオンオフ制御する第１の比較部と、前記検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する昇圧用比較電圧とを比較して前記昇圧スイッチをオンオフ制御する第２の比較部とを有する制御部とを備え、
前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧は同一の周波数で同期しており、
前記昇圧用比較電圧の振幅が前記降圧用比較電圧の振幅より大きい
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチは前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧が前記検出電圧以下である期間に同時にオンし、
前記昇圧スイッチのオン時間が前記降圧スイッチのオン時間より短い
ことを特徴とする請求項１に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧は、三角波、ランプ波又はのこぎり波である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
車両用灯具に組み込まれ、半導体光源へ駆動電流を供給する
ことを特徴とする請求項３に記載の昇降圧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ＤＣ−ＤＣコンバータとして、入力電圧が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ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。
【０００３】
この種のＤＣ−ＤＣコンバータとしては、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ＤＣ−ＤＣコンバータによれば、降圧型チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータと昇圧型チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータとが同一の回路で構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来技術では、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が、降圧と昇圧の切替時に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。
【０００７】
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を維持し、昇圧用チョッパトランジスタがオフを維持することがある。このため降圧と昇圧の切替時における入力電圧の変動に対する出力電圧を一定に保持して出力することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、入力電圧の変動に対して確実に出力電圧を一定に保持するように制御することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、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と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、前記出力電圧に対応した検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する降圧用比較電圧とを比較して前記降圧スイッチをオンオフ制御する第１の比較部と、前記検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する昇圧用比較電圧とを比較して前記昇圧スイッチをオンオフ制御する第２の比較部とを有する制御部とを備え、前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧は同一の周波数で同期しており、前記昇圧用比較電圧の振幅が前記降圧用比較電圧の振幅より大きくなるようにしたものである。
【００１０】
従って、降圧スイッチと昇圧スイッチが所定期間に同時にオンするように制御される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、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と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、前記出力電圧に対応した検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する降圧用比較電圧とを比較して前記降圧スイッチをオンオフ制御する第１の比較部と、前記検出電圧と基準電圧としての所定の周波数で変化する昇圧用比較電圧とを比較して前記昇圧スイッチをオンオフ制御する第２の比較部とを有する制御部とを備え、前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧は同一の周波数で同期しており、前記昇圧用比較電圧の振幅が前記降圧用比較電圧の振幅より大きいことを特徴とする。
【００１２】
従って、降圧スイッチと昇圧スイッチが所定期間に同時にオンするように制御されるため、出力電圧を連続的に出力することができ、入力電圧の変動に対して確実に出力電圧を一定に保持することができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明にあっては、前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチは前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧が前記検出電圧以下である期間に同時にオンし、前記昇圧スイッチのオン時間が前記降圧スイッチのオン時間より短い。
【００１４】
従って、降圧と昇圧の切替という動作が行われないため入力電圧の変動に対して確実に出力電圧を一定に保持することができる。
【００１５】
請求項３に記載した発明にあっては、前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧が、三角波、ランプ波又はのこぎり波であるので、入力電圧の変動に対してより確実に出力電圧を一定に保持することができる。
【００１６】
請求項４に記載した発明にあっては、駆動電流の供給対象が車両用灯具の半導体光源であるので、車両用灯具の半導体光源へ供給する駆動電流を一定に保持することができ、半導体光源のちらつきを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１に示すように、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部２と、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部３と、降圧部２と昇圧部３を制御する制御部４とを備え、半導体光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）３０、３０へ駆動電流を供給するための電流供給手段として機能している。
【００１９】
降圧部２は、降圧スイッチＳＷ１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）Ｌを備えている。降圧スイッチＳＷ１は、スッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ（図示せず）で構成されている。この場合には、ＮＭＯＳトランジスタのドレインが入力端子１０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Ｌの一端に接続され、ゲートが制御部４に接続される。コンデンサＣ１は、両端が入力端子１０、１２にそれぞれ接続されている。入力端子１０は、電源スイッチＳＷ３を介して直流電源である車載バッテリのプラス端子に接続され、入力端子１２は、車載バッテリのマイナス端子に接続されている。降圧スイッチＳＷ１は制御部４からの降圧スイッチ駆動信号（オンオフ信号）を受けてオンオフする。
【００２０】
昇圧部３は、降圧部２と共通のチョークコイルＬを備えているとともに昇圧スイッチＳＷ２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ＳＷ２は、スッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ（図示せず）で構成されている。この場合には、ＮＭＯＳトランジスタのドレインがチョークコイルＬ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２０に接続され、ソースが接地され、ゲートが制御部４に接続される。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ２と出力端子２０に接続され、他端が接地されるとともに出力端子２２に接続されている。出力端子２０、２２には、ＬＥＤ３０、３０が接続されている。昇圧スイッチＳＷ２は制御部４からの昇圧スイッチ駆動信号（オンオフ信号）を受けてオンオフする。
【００２１】
降圧部２と昇圧部３の上記した動作によってＬＥＤ３０、３０の点消灯及び調光を行っている。
【００２２】
制御部４は、エラーアンプ（誤差増幅器）５と、第１の比較部としてのコンパレータ６と、第２の比較部としてのコンパレータ７と、降圧用比較電圧発生器としての比較波発生回路８と、昇圧用比較電圧発生器としての比較波発生回路９とを備えている。
【００２３】
エラーアンプ５の非反転入力端子（プラス入力端子）には基準電圧Ｖｒが入力されている。エラーアンプ５の反転入力端子（マイナス入力端子）には抵抗Ｒ１とＲ２の節点Ｎ１における電圧、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して得られた電圧が入力される。
【００２４】
各コンパレータ６、７の非反転入力端子はそれぞれエラーアンプ５の出力端子に接続されている。各コンパレータ６、７の反転入力端子はそれぞれ比較波発生回路８、９に接続されている。
【００２５】
以下に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作について説明する。図２は降圧スイッチＳＷ１と昇圧スイッチＳＷ２が所定期間に同時にオンするように制御する制御部４の動作について説明するための波形図である。
【００２６】
前記電源スイッチがオンすると抵抗Ｒ２、Ｒ３によって分圧された電圧が節点（ノード）Ｎ１に発生する。
【００２７】
エラーアンプ５は、前記分圧された電圧と基準電圧Ｖｒとの差電圧を増幅し、増幅された電圧を、出力電圧Ｖｏｕｔに対応した検出電圧Ｖｅとしてコンパレータ６、７に出力する。
【００２８】
比較波発生器８は、三角波信号による比較波Ａ（図２（ａ）参照）を生成する。生成された比較波Ａは所定の周波数Ｔで変化する降圧用比較電圧の信号としてコンパレータ６のマイナス入力端子に出力される。
【００２９】
比較波発生器９は、三角波信号による比較波Ｂ（図２（ａ）参照）を生成する。生成された比較波Ｂは所定の周波数Ｔで変化する昇圧用比較電圧の信号としてコンパレータ７のマイナス入力端子に出力される。
【００３０】
尚、比較波発生器８及び比較波発生器９は、それぞれ前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧の信号が同じ周波数Ｔで同期して出力するように（図２（ａ）参照）、前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧の信号の周波数を制御するとともに前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧の信号の出力タイミングを制御している。
【００３１】
また、比較波発生器８が出力する比較波Ａの振幅がＬ１である場合には、比較波発生器９は、比較波Ｂの振幅Ｌ２が比較波Ａの振幅Ｌ１よりも大きくするように（図２（ａ）参照）、比較波Ｂの振幅を制御して出力する。
【００３２】
コンパレータ６は、前記降圧用比較電圧と検出電圧Ｖｅとを比較し、前記降圧用比較電圧が検出電圧Ｖｅ以下である場合にはオン信号として降圧スイッチ駆動信号を出力し、前記降圧用比較電圧が検出電圧Ｖｅよりも大きい場合にはオフ信号として降圧スイッチ駆動信号を出力する（図２（ｂ）参照）。
【００３３】
コンパレータ７は、前記昇圧用比較電圧と検出電圧Ｖｅとを比較し、前記昇圧用比較電圧が検出電圧Ｖｅ以下である場合にはオン信号として降圧スイッチ駆動信号を出力し、前記昇圧用比較電圧が検出電圧Ｖｅよりも大きい場合にはオフ信号として昇圧スイッチ駆動信号を出力する。（図２（ｃ）参照）。
【００３４】
降圧スイッチＳＷ１と昇圧スイッチＳＷ２は、図２（ａ）に示すように前記降圧用比較電圧及び前記昇圧用比較電圧が検出電圧Ｖｅ以下である期間に同時にオンする。従って、前記昇圧スイッチのオン時間が前記降圧スイッチのオン時間より短いので、降圧スイッチＳＷ１がオンしなければ昇圧スイッチＳＷ２はオンしない。
【００３５】
降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２に出力されるオンオフ信号のオンデューティと昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１の入出力電圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）の関係は、図３の特性グラフで表わされる。尚、図３の特性グラフにおいて、横軸は降圧スイッチ駆動信号のオンデューティの値であり、縦軸は入出力電圧比である。
【００３６】
また、図３の特性は、降圧スイッチ駆動信号のオンデューティが１００％のとき昇圧スイッチ駆動信号のオンデューティが６０％なるように前記比較波Ｂの振幅Ｌ２を前記比較波Ａの振幅Ｌ１の１．６７倍としたときに得られたものである。
【００３７】
降圧スイッチ駆動信号のオンデューティが１０％〜９０％で、入力電圧Ｖｉｎが１０ボルト（Ｖ）のときには、出力電圧Ｖｏｕｔは１．０６〜１９．５７ボルトとなる。
【００３８】
降圧スイッチ駆動信号のオンデューティが１０％〜９０％で、入力電圧Ｖｉｎが１６ボルトのときには、出力電圧Ｖｏｕｔは１．７０〜３１．３０ボルトとなる。
【００３９】
上記した実施の形態によれば、降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を同時にスイッチングすることにより、エラーアンプ５の出力による検出電圧Ｖｅの増減に応じて降圧と昇圧が同時に行われるので、入出力電圧の条件、例えば、入出力電圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が０．９〜１．１となる範囲（上記した従来技術における降圧と昇圧の切替時）おいても、図３に示すように、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１から出力電圧Ｖｏｕｔを連続的に出力することができる。
【００４０】
従って、降圧と昇圧の切替という動作を行わずに出力電圧Ｖｏｕｔを連続的に出力することができるため、降圧と昇圧の切替時において入力電圧の変動に対して出力電圧を一定に保持して出力することができないという課題を解決し、入力電圧Ｖｉｎの変動に対して確実に出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保持するように制御することができる。
【００４１】
上記した本実施の形態では、比較波Ａ、Ｂとして三角波信号を用いた例を示したが、比較波Ａ、Ｂはランプ波やノコギリ波による信号であってもよい。
【００４２】
また、上記した実施の形態では、比較波Ａの振幅を比較波Ｂの振幅の１．６７倍にした例を示したが、比較波Ａと比較波Ｂの振幅の割合は上記以外の割合であってもよい。
【００４３】
また、上記した実施の形態では、出力電圧Ｖｏｕｔをフィードバックする方式を採用した例を示したが、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】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ構成を示した図である。
【図２】降圧スイッッチと昇圧スイッチを制御する制御部の動作を説明するための波形図である。
【図３】昇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。
【符号の説明】
【００４５】
１…昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、２…降圧部、３…昇圧部、４…制御部、６、７…コンパレータ、３０…ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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