(57)【要約】【課題】動作が安定しリップル成分が少なく、効率の高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。  【解決手段】切換制御部１７は、入力電圧に基づいて、降圧動作をするときには降圧用チョークコイル１５を選択し、昇圧動作をするときには昇圧用チョークコイル１６を選択して、第１トランジスタ１１に接続する。降圧用チョークコイル１５は、インダクタンスが降圧動作に最適化され、昇圧用チョークコイル１６は、そのインダクタンスが降圧用チョークコイル１５のものよりも小さくされて昇圧動作に最適化されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の降圧及び昇圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
互いにインダクタンスの異なる複数のチョークコイルを有するコイル部と、降圧と昇圧の変換動作または出力負荷の大小に応じたコイル部のチョークコイルを選択する選択手段と、コイル部の入力側に設けられた第１のスイッチング素子及びフリーホイールダイオードを有し、選択されたチョークコイルとともに降圧動作を行うチョッパ型降圧部と、コイル部の出力側に設けられた第２のスイッチング素子及び整流ダイオードを有し、選択されたチョークコイルとともに昇圧動作を行うチョッパ型降圧部と、降圧動作時に前記第１のスイッチング素子を周期的にオン，オフし、昇圧動作時に記第２のスイッチング素子を周期的にオン，オフする駆動制御手段を備えたことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
出力電圧を検出し、この検出した出力電圧に応じてデューティ比を調節し、各スイッチング素子のオン・オフを制御し、出力電圧を所期の電圧に維持する電圧制御手段を備えたことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバ−タ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入力される直流の入力電圧を昇圧あるいは降圧するＤＣ−ＤＣコンバータが広く普及している。特にスイッチング素子をオン・オフ制御し、チョークコイルに電流を断続的に流すチョッパ型の昇圧回路，降圧回路を採用したＤＣ−ＤＣコンバータは、回路構成が簡単で小型化が有利という点で広く用いられている。
【０００３】
また、近年の電子機器では、その機器の電源として電池が用いられ、この電池の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧あるいは降圧するのが一般的である。また、動作の違いから各動作モードで必要とする駆動電圧が異なる場合、あるいは電池の種類の違いによる入力電圧の違いから昇圧と降圧とのどちらでも作動させることができるＤＣ−ＤＣコンバータも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された昇圧，降圧兼用型のＤＣ−ＤＣコンバータでは、図４に示すように、主としてトランジスタ５１，５２、フリーホイールダイオード５３，整流ダイオード５４，チョークコイル５５，平滑コンデンサ５６，各トランジスタ５１，５２を駆動する駆動部５７から構成されている。このＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力端子５８に入力される入力電圧を降圧して出力端子から出力する場合には、駆動部５７がトランジスタ５２をオフとしたまま、トランジスタ５１のオン・オフし、他方昇圧する場合には、トランジスタ５１をオンとしたまま、トランジスタ５２をオン・オフする。いずれの場合にも、実際の出力電圧に基づいて、所期の出力電圧となるように、トランジスタ５１またはトランジスタ５２のオン・オフの比率、すなわちデューティ比が制御される。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２７１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようなＤＣ−ＤＣコンバータでは、昇圧時と降圧時とではチョークコイルの適切なインダクタンスは相違し、また出力にかかる負荷の高低によってもチョークコイルの適切なインダクタンスが異なってくる。このため、特許文献１のような構成では、トランジスタのオン・オフが不連続になったり、出力電圧のリップル成分が多くなったり、電力消費が高くなって電池消耗を早めたりするなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータでは、互いにインダクタンスの異なる複数のチョークコイルを有するコイル部と、降圧と昇圧の変換動作または出力負荷の大小に応じたコイル部のチョークコイルを選択する選択手段と、コイル部の入力側に設けられた第１のスイッチング素子及びフリーホイールダイオードを有し、選択されたチョークコイルとともに降圧動作を行うチョッパ型降圧部と、コイル部の出力側に設けられた第２のスイッチング素子及び整流ダイオードを有し、選択されたチョークコイルとともに昇圧動作を行うチョッパ型降圧部と、降圧動作時に前記第１のスイッチング素子を周期的にオン，オフし、昇圧動作時に記第２のスイッチング素子を周期的にオン，オフする駆動制御手段を備えたものである
【０００８】
請求項２記載のＤＣ−ＤＣコンバータでは、出力電圧を検出し、この検出した出力電圧に応じてデューティ比を調節し、各スイッチング素子のオン・オフを制御し、出力電圧を所期の電圧に維持する電圧制御手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
降圧と昇圧の変換動作または出力負荷の大小に応じてチョークコイルを切換えて電圧変換動作を行うため、各スイッチング素子のオン・オフが安定して行うことができるようになり、出力電圧のリップル成分を低く抑えることができるとともに、変換効率が高くなるので電力消費を低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施したＤＣ−ＤＣコンバ−タの回路を図１に示す。入力端子１０には、直流電源が接続され、入力電圧が入力される。このＤＣ−ＤＣコンバ−タは、入力電圧を昇圧する昇圧動作と、降圧する降圧動作とのいずれの電圧変換動作も可能であり、例えば出力電圧の異なる各種の電池を電源として用いることができる。
【００１１】
第１のスイッチング素子としての第１トランジスタ１１は、ＰＮＰ型のものが用いられている。この第１トランジスタ１１は、そのエミッタ端子が入力端子１０に接続され、コレクタ端子がスイッチ１２に接続されている。第１トランジスタ１１は、ベース端子が駆動制御部１３に接続され、この駆動制御部１３によってオン・オフが制御される。
【００１２】
スイッチ１２は、チョークコイルを選択するために設けられている。コイル部１４は、降圧用チョークコイル１５と昇圧用チョークコイル１６とからなる。第１トランジスタ１１のコレクタ端子を降圧用チョークコイル１５の一端に接続した降圧位置と、昇圧用チョークコイル１６の一端に接続した昇圧位置とで切換自在にされている。このスイッチ１２の切り換えは、切換制御部１７によって制御される。
【００１３】
降圧用チョークコイル１５は、そのインダクタンスが降圧動作に最適化されている。昇圧用チョークコイル１６は、そのインダクタンスが昇圧動作に最適化されており、降圧用チョークコイル１５のものよりも小さい。
【００１４】
切換制御部１７は、出力すべき出力電圧（以下、規定出力電圧という）に対する入力電圧の高低に応じてスイッチ１２を制御し、入力電圧が規定出力電圧よりも高いときにはスイッチ１２を降圧位置とし、入力電圧が規定出力電圧よりも低くいときには、昇圧位置にする。
【００１５】
フリーホイールダイオード１８は、スイッチ１２によって選択されたチョークコイルの一端にカソードが接続されるように、第１トランジスタ１１のコレクタ端子とスイッチ１２の接続点に接続され、アノードが接地されている。このフリーホイールダイオード１８は、周知のように、降圧動作時に第１トランジスタ１１のオンのときに降圧用チョークコイル１５に蓄積されたエネルギーを第１トランジスタ１１がオフとなったときに電流を流すためのものである、
【００１６】
降圧用チョークコイル１５とフリーホイールダイオード１８とは、断続的に入力される電圧を平均化して出力するいわゆるインプット・チョーク型の平滑回路を構成しており、第１トランジスタ１１とともに入力電圧を降圧させるチョッパ型降圧部となっている。
【００１７】
整流用ダイオード２１のカソードに各チョークコイル１５，１６の他端がそれぞれ接続され、この各チョークコイル１５，１６と整流用ダイオード２１との接続点に、第２スイッチング素子としての第２トランジスタ２２のコレクタ端子が接続されている。第２トランジスタ２２は、ＮＰＮ型のものが用いられており、そのエミッタ端子が接地され、ベース端子が駆動制御部１３に接続されており、この駆動制御部からの駆動信号でオン・オフされる。昇圧用チョークコイル１６と、整流ダイオード２１と、第２トランジスタ２２とにより入力電圧を昇圧するチョッパ昇圧部を構成している。
【００１８】
整流用ダイオード２１のアノードには、一端が接地された平滑コンデンサ２４の他端が接続されるとともに、負荷（図示省略）が接続される出力端子２５が接続されており、平滑コンデンサ２４の端子間電圧が出力電圧として出力される。
【００１９】
出力端子２５から出力される実際の出力電圧を検出する分圧回路２６は、直列に接続された抵抗２６ａ，２６ｂから構成され、その一端が出力端子２５に接続され、他端が接地されている。この分圧回路２６は、出力電圧を分圧した検出電圧を出力し、電圧制御部２７に送る。
【００２０】
電圧制御部２７は、規定出力電圧に対応して設定された基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧との差を増幅した、規定出力電圧に対する実際の出力電圧の差に応じた電圧を出力するする誤差増幅器２７ａと、この誤差増幅器２７ａの出力を第１，第２トランジスタ１１，２２のデューティ比、すなわちオン・オフの周期に対するオン期間に応じた電圧（以下、駆動制御電圧という）に変換するＰＷＭ比較器２７ｂとから構成されている。ＰＷＭ比較器２７ｂからの駆動制御電圧は駆動制御部１３に入力される。
【００２１】
駆動制御部１３には、入力電圧と、電圧制御部２７からの駆動制御電圧とが入力される。この駆動制御部１３は、入力電圧に基づいて、降圧動作と昇圧動作とのいずれかで各トランジスタ１１，２２のオン・オフを制御する。降圧動作時には、駆動制御部１３は、第２トランジスタ２２を継続的にオフとし、第１トランジスタ１１を周期的にオン・オフする。また、昇圧動作時には、第１トランジスタ１１を継続的にオンとし、第２トランジスタ２２を周期的にオン・オフする。
【００２２】
また、駆動制御部１３は、駆動制御電圧にしたがって、周期的にオン・オフすべきトランジスタのデューティ比を制御する。すなわち、規定出力電圧に対して実際の出力電圧が低い場合には、デューティ比を高く（オン・オフの１周期中のオン期間を長く）し、規定出力電圧に対して実際の出力電圧が高い場合には、デューティ比を低く（オン・オフの１周期中のオン期間を短く）する。これにより、実際に出力される出力電圧を常に規定出力電圧に保つ。
【００２３】
次に上記構成の作用について説明する。例えば規定出力電圧よりも高い出力を有する電池を電源として入力端子１０に接続した場合には、切換制御部１７によってスイッチ１２が降圧位置とされ、降圧用チョークコイル１５の一端と第１トランジスタ１１のコレクタ端子とが接続される。また、規定出力電圧よりも高い入力電圧であることに応答して、駆動制御部１３が第２トランジスタ２２を継続的にオフとし、第１トランジスタ１１を周期的にオン・オフするようになる。
【００２４】
第１トランジスタ１１のオン・オフにより、第１チョークコイル１５には断続的に入力電圧が印加される。第１チョークコイル１５とフリーホールダイオード１８は、インプット・チョーク型の平滑回路であるから、断続的に入力電圧はオン時間，オフ時間に応じて平均化、すなわち降圧される。このようにして降圧された電圧は、整流ダイオード２１を通って平滑コンデンサ２４で平滑化され、出力端子２５に接続された負荷に与えられる。
【００２５】
また、上記のようにして出力端子２５から出力される出力電圧は、分圧回路２６によって分圧されて、検出電圧として取り出されて電圧制御部２７に送られる。そして、検出電圧が電圧制御部２７によって、規定出力電圧と実際に出力されている誤差に応じた駆動制御電圧に変換され、駆動制御部１３に入力される。
【００２６】
このため規定出力電圧とよりも実際の出力電圧が低い場合には、第１トランジスタ１１のデューティ比が高くされることによって実際の出力電圧が上昇し、規定出力電圧よりも実際の出力電圧が高い場合には、第１トランジスタ１１のデューティ比が低くされることによって実際の出力電圧が低下する。これにより、出力電圧が規定出力電圧に維持される。
【００２７】
他方、規定出力電圧よりも低い出力の電池を電源として接続した場合には、切換制御部１７によってスイッチ１２が昇圧位置とされ、昇圧用チョークコイル１６の一端と第１トランジスタ１１のコレクタ端子とが接続される。また、駆動制御部１３は、第１トランジスタ１１を継続的にオンとし、第２トランジスタ２２を周期的にオン・オフするようになる。
【００２８】
第２トランジスタ２２がオンとなると、その間に第２チョークコイル１５には電流が流れエネルギーが蓄積され、第２トランジスタ２２のオフとなったときに、そのエネルギーが入力電圧に重畳されて整流ダイオード２１側に放出される。これにより、入力電圧は、第１トランジスタ２２のオン時間，オフ時間に応じた電圧に昇圧される。そして、このように昇圧された電圧は、整流ダイオード２１を通り、平滑コンデンサ２４で平滑化されて出力端子２５から出力電圧として出力される。
【００２９】
この場合にも出力される出力電圧は、分圧回路２６によって検出電圧として取り出されて電圧制御部２７に送られる。そして、この電圧制御部２７で駆動制御電圧に変換されてから駆動制御部１３に入力される。
【００３０】
このため規定出力電圧よりも実際の出力電圧が低い場合には、第２トランジスタ２２のデューティ比が高くされることによって、実際の出力電圧が上昇し、規定出力電圧よりも実際の出力電圧が高い場合には、第２トランジスタ２２のデューティ比が低くされることによって、実際の出力電圧が低下する。これにより、出力電圧が規定出力電圧に維持される。
【００３１】
上記のように降圧及び昇圧を行う際には、その電圧変換動作に応じたインダクタンスの降圧用チョークコイル１５または圧用チョークコイル１６が用いられるので、各トランジスタ１１，２２のオン・オフが安定して行われるとともに、出力電圧のリップル成分を低く抑えることができる。また、変換効率が高くなるので電力消費を低くすることができる。
【００３２】
上記実施形態では、出力電圧が予め決められた規定出力電圧となるように、降圧及び昇圧動作を行う例について説明しているが、高低が異なる出力電圧を選択的に出力するために降圧と昇圧とを行うようにしてもよい。
【００３３】
図２に示す例は、負荷に応じてチョークコイルを切換える例を示すものである。なお、以下に説明する他は、上記実施形態と同様であり、実質的に同じ構成部材には同一の符号を付してある。
【００３４】
負荷の高低に応じて適宜インダクタンスが決定された低負荷用チョークコイル４１と高負荷用チョークコイル４２が設けられており、高負荷用チョークコイル４２は、低負荷用チョークコイル４１のインダクタンスよりも大きくされている。
【００３５】
電流検出回路４３は、出力電流に応じた電流検出信号を出力し、これを切換制御部１７に送る。切換制御部１７は、電流検出信号に基づき、出力電流が予め決められた基準電流よりも小さいときには、スイッチ１２を低負荷用チョークコイル４１側に切り換え、基準電流以上のときには高負荷用チョークコイル４２側に切換える。
【００３６】
上記構成によれば、出力電流が小さく低負荷の場合には、低負荷に最適なインダクタンスの低負荷用チョークコイル４１を用いて昇圧または降圧動作が行われ、出力電流が大きく高負荷の場合には、高負荷に最適な高負荷用チョークコイルを用いて昇圧，降圧が行われる。このため、各トランジスタ１１、１２のオン・オフが安定して行われるとともに、出力電圧のリップル成分を低く抑えることができる。また、変換効率が高くなるので電力消費を低くすることができる。
【００３７】
図３は機器の動作に基づいてチョークコイルを切り換える例を示すものである。なお、以下に説明する他は、図２に示す実施形態と同様である。
【００３８】
システムコントローラ４５は、デジタルカメラを構成する撮影部４６、表示部４７、ＤＣ−ＤＣコンバータを統括的に制御する。撮影部４６は、ＣＣＤイメージセンサやこのＣＣＤイメージセンサから出力される撮影信号を処理する回路，記録する回路等で構成される。表示部４７は、ＬＣＤ，そのバックライト，ＬＣＤを駆動する回路等で構成され、撮影部４５で撮影された画像や記録済の画像を表示する。
【００３９】
このデジタルカメラは、例えば光学式のファインダを備えており、消費電流の大きな表示部４７を作動させなくても撮影が行える。表示部４７の動作の有無は、図示しない操作部の操作により指示することでき、その指示に基づいてシステムコントローラ４５により、表示部の動作が制御される。
【００４０】
システムコントローラ４５，撮影部４６，表示部４７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４８から給電されて動作する。システムコントローラ４５は、撮影動作時に、表示部４７を動作させないときには、切換制御手段１７を介してスイッチ１２を低負荷用チョークコイル４１側とし、表示部４７を動作させるときには、高負荷用チョークコイル４２側として、消費電流の大きさに応じてチョークコイルを選択する。
【００４１】
この例のようにしても上記実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、デジタルカメラに限らず、例えば携帯電話やデジタルカメラを内蔵した携帯電話、音楽再生用プレイヤー等各種の機器に利用できる。
【００４２】
上記各実施携帯では、２個のチョークコイルを用いた例について説明したが、入力する電圧，変換する電圧，負荷などに応じて３個以上のチョークコイルを設けて、これらを選択的に使用してもよい。また、昇圧，降圧と負荷の高低の両方に基づいてチョークコイルを切り換えてもよい。また、第１，第２スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタを用いているがＦＥＴであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】負荷に応じてチョークコイルを切り換える例を示すものである。
【図３】機器の動作に基づいてチョークコイルを切り換える例を示すものである。
【図４】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの回路を示すものである。
【符号の説明】
【００４４】
１１，２２  トランジスタ
１２  スイッチ
１３  駆動制御部
１５，１６  チョークコイル
１７  切換制御部
１８  フリーホイールダイオード
２１  整流ダイオード
２７  電圧制御部
【図１】
2006014437.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006014437.tif 000005
【図４】
2006014437.tif 000006