(57)【要約】【課題】１つの直流電源から複数の出力電圧を得ることができ、さらに複数の出力電圧を入力電圧よりも高く、しかも互いに異なる電圧値とすることができる多出力ＤＣチョッパ回路を提供することである。【解決手段】１つの直流電源１０の入力電圧をｎ個の負荷１６，２１，２６を駆動するｎ個の出力電圧に昇圧する多出力ＤＣチョッパ回路が、直流電源から分岐点１３まで延びる１本の主配線１１に、直列に配置されたコイル３２及びスイッチング素子３５と、分岐点から各負荷に並列に延びるｎ本の副配線１５，２０，２５に直列に配置された整流素子１７，２２，２７及びコンデンサ１８，２３，２８とを含む。【選択図】図１
2004274935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの直流電源の入力電圧をｎ個（ｎ≧２）の負荷を駆動するｎ個の出力電圧に昇圧する多出力ＤＣチョッパ回路であって、
前記直流電源から分岐点まで延びる１本の主配線に、該直流電源側のコイルと該分岐点側のスイッチング素子とが直列に配置され、
前記分岐点から前記ｎ個の負荷に並列に延びるｎ本の副配線に、それぞれ該分岐点側の整流素子と該負荷側のコンデンサとが直列に配置されていることを特徴とする多出力ＤＣチョッパ回路
【請求項２】
前記ｎ個の整流素子は、前記スイッチング素子と同期し、かつ互いに異なる時期に作動する請求項１に記載の多出力ＤＣチョッパ回路。
【請求項３】
前記ｎ個の整流素子はＦＥＴである請求項２に記載の多出力ＤＣチョッパ回路。
【請求項４】
前記ｎ個の出力電圧の電圧値は互いに異なる請求項１に記載の多出力ＤＣチョッパ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの入力直流電源の入力電圧をｎ個の出力電圧に変換する多出力ＤＣチョッパ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源の入力電圧を、これよりも高い出力電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータには、直接方式と間接方式とがある。直接方式は通常「ＤＣチョッパ回路」と呼ばれ、入力電圧を直接出力電圧に変換する。第１従来例のモータ制御回路（特許文献１参照）では、１つの直流電源の入力電圧を変換した出力電圧で１つのモータを駆動している。
【０００３】
また、図５に示す第２従来例の車両のエアバッグシステムでは、直流電源（バッテリ）１００の電圧（１２Ｖ）を昇圧型ＤＣチョッパ回路で昇圧（例えば２３Ｖ）して、エアバッグの点火回路１１０を駆動している。この昇圧型ＤＣチョッパ回路は、直流電源１００と点火回路１１０との間にコイル１０２、スイッチング用トランジスタ１０４、ダイオード１０６及び平滑用コンデンサ１０８が直列に配置されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３３１６２９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、車両等においてバッテリの入力電圧をＤＣチョッパ回路で変圧した出力電圧で、エアバッグ装置以外の各種機器を駆動したいとの要請が高い。これらの機器の駆動電圧はエアバッグ装置のよりも高い場合もある。また、機器間で駆動電圧が同じ場合も、異なる場合もある。
【０００６】
しかるに、ＤＣチョッパ回路で１つのモータのみを駆動している第１従来例、及びＤＣチョッパ回路でエアバッグの点火回路１１０のみを駆動している第２従来例は、こうした要請に応えることは困難である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、１つの直流電源から複数の出力電圧を得ることができ、さらに必要に応じて複数の出力電圧を入力電圧よりも高く、しかも互いに異なる電圧値とすることができる多出力ＤＣチョッパ回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、スイッチング用トランジスタの下流側でｎ個の副回路を分岐させ、各副回路上に整流素子を設けることを思い付いて、本発明を完成した。
【０００９】
本発明によるＤＣチョッパ回路は、請求項１に記載したように、１つの直流電源の入力電圧をｎ個（ｎ≧２）の負荷を駆動するｎ個の出力電圧に昇圧する多出力ＤＣチョッパ回路であって、直流電源から分岐点まで延びる１本の主配線に、直流電源側のコイルと分岐点側のスイッチング素子とが直列に配置され、分岐点からｎ個の負荷に並列に延びるｎ本の副配線に、それぞれ分岐点側の整流素子と負荷側のコンデンサとが直列に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このＤＣチョッパ回路において、各整流素子をスイッチング素子と同期させかつ互いに異なる時期に作動させる。スイッチング素子のオン時にコイルに貯えられた電磁エネルギが、スイッチング素子のオフ時直流電源の電圧に加算され、
出力電圧は入力電圧よりも高くなる。
【００１１】
請求項２のＤＣチョッパ回路は、請求項１において、ｎ個の整流素子は、スイッチング素子と同期し、かつ互いに異なる時期に作動する。請求項３のＤＣチョッパ回路は、請求項２において、ｎ個の整流素子はＦＥＴである。請求項４のＤＣチョッパ回路は、請求項１においてｎ個の出力電圧の電圧値は互いに異なる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜直流電圧の変換、ＤＣチョッパ回路＞
▲１▼変換方式
直流電源の入力電圧を、これよりも高い又は低い出力電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータのうち、直接方式は通常「ＤＣチョッパ回路」と呼ばれる。なお、間接方式では、直流を一旦交流に変換し、変圧器（トランス）で変圧した後、整流回路により直流を得る。出力を定電圧制御するものは特にスイッチング電源、スイッチングレギュレータ等と呼ばれる。
▲２▼ＤＣチョッパ回路
本発明のＤＣチョッパ回路は、直流電源の入力電圧をこれよりも高い電圧に昇圧する。昇圧型ＤＣチョッパ回路では、直流電源から分岐点まで延びる１本の主配線に、コイルとスイッチング素子とが直列に配置されている。分岐点からｎ個の負荷に並列に延びるｎ本の副配線に、それぞれ分岐点側から整流素子と平滑コンデンサとが直列に配置されている。各整流素子は例えばＦＥＴから成り、ソースを分岐点側、ドレインを接地側とすることができる。ｎ個のＦＥＴの作動時期は互いに異なる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施例＞
（構成）
図１に昇圧チョッパ回路を含む車載機器用駆動システムを示す。駆動システムは直流電源１０と、ＤＣチョッパ回路３８と、３つの負荷（車載機器）１６，２１及び２６とを含む。つまり、１つの直流電源１０で、３つの駆動系を駆動している。
【００１４】
昇圧チョッパ回路３８では電圧Ｖの直流電源１０から分岐点１３まで１本の主配線１１が延び、分岐点１３から３つの負荷１６，２１及び２６までに３本の副配線１５，２０及び２５が延びている。即ち、分岐点１３から、第１負荷１６に第１副配線１５が延び、第２負荷２１に第２副配線２０が延び、そして第３負荷２６に第３副配線２５が延びている。第１負荷がエアーバッグ駆動装置であり、第２負荷２１は駆動電圧が第１負荷１６よりも高い第１車載機器、第２負荷２６は駆動電圧が第１負荷１６よりも高く第１車載機器よりも低い第２車載機器である。
【００１５】
主配線１１には直流電源側１０のコイル３２と、分岐点１３側のスイッチング用ＦＥＴ３５とが直列に配置されている。ＦＥＴ３５はソースが主配線１１に接続され、ドレインは接地され、ゲートが制御回路（不図示）に接続されている。
【００１６】
第１副配線１５には分岐点１３側の整流用第１ＦＥＴ（第１整流ＦＥＴ）１７と、第１負荷１６側の第１平滑コンデンサ１８とが直列に配置されている。第１整流ＦＥＴ１７はソースが分岐点１３側に接続され、ドレインが第１平滑コンデンサ１８側に接続され、ゲートが制御回路（不図示）に接続されている。第１整流ＦＥＴ１７はスイッチング用ＦＥＴ３５の第１時期の作動と同期してオン・オフする。
【００１７】
同様に、第２副配線２０及び第２副配線２５には、それぞれ分岐点１３側の整流用第２ＦＥＴ（第２整流ＦＥＴ）２２及び整流用第３ＦＥＴ（第３整流ＦＥＴ）２７と、第２負荷２１及び第３負荷２６側の第２平滑コンデンサ２３及び第３平滑コンデンサ２８とが直列に配置されている。第２整流ＦＥＴ２２及び第３整流ＦＥＴ２７は、それぞれソースが分岐点１３側に接続され、ドレインが第２平滑コンデンサ２３及び第３平滑コンデンサ２８側に接続され、ゲートがそれぞれ制御回路（不図示）に接続されている。
【００１８】
第２整流ＦＥＴ２２はＦＥＴ３５の第２時期の作動と同期し、しかも第１整流ＦＥＴ１７の作動時期とずれたタイミングでオン・オフする。第３整流ＦＥＴ２７はＦＥＴ３５の第３時期の作動と同期して、しかも第１整流ＦＥＴ１７及び第２整流ＦＥＴ２２の作動時期とずれたタイミングでオン・オフする。
（作動）
この実施例の作動は以下の通りである。図２（ａ）に示すように、スイッチング用ＦＥＴ３５を時間ｔ１の間オンすると、電圧Ｖの直流電源１０の電流がＦＥＴ３５に流れ、図２（ｂ）に示すように、コイル３２を流れる電流ＩＬが漸増し、電磁エネルギが蓄積される。ここで、第１ＦＥＴ１７、第２ＦＥＴ２２及び第３ＦＥＴ２７はオフしており、第１平滑コンデンサ１８，第２平滑コンデンサ２３及び第３平滑コンデンサ２８の電荷がＦＥＴ３５を通じて放電するのを防ぐ。
【００１９】
ＦＥＴ３５のオン時は、第１駆動系の第１平滑コンデンサ１８に充電されたエネルギがエアバッグ駆動装置１６に放出されるＲＬ回路の特性になり  図２（ｃ）に示すように、エアーバッグ駆動装置１６の両端の電流値及び電圧値は漸減する。
【００２０】
ＦＥＴ３５が時間ｔ２の間オフすると、コイル３２に加えられた電磁エネルギが、オンしている第１整流ＦＥＴ１７を通して第１平滑コンデンサ１８及びエアバッグ駆動装置１６に流れ、第１平滑コンデンサ１８が充電される。コイル３２を流れる電流は漸増する（図２（ｂ）参照）。ＦＥＴ３５のオフ時は、直流電源１０の電圧にコイル３２の電磁エネルギが加算されたものがエアーバッグ駆動装置１６に流れＲＣ回路の特性になり、電流圧及び電圧値は漸増する（図２（ｃ）参照）。特に、電圧値はＶ１は直流電源の電圧よりも高くなる。
【００２１】
時間ｔ１の間にコイル３２に蓄えられるエネルギはＶ×ＩＬ×ｔ１であり、時間ｔ２の間にエアーバッグ駆動装置１６に移るエネルギは（Ｖ１−Ｖ）×ＩＬ×ｔ２である。エネルギ保存則により２つのエネルギは等しいので、Ｖ１＝（ｔ１＋ｔ２）／ｔ２×Ｖとなる。ここで、（ｔ１＋ｔ２）／ｔ２は１よりも大きいので、Ｖ１はＶより高くなる。
【００２２】
次に、第２駆動系について説明する。図２（ａ）に示すように、スイッチング用ＦＥＴ３５を時間ｔ３の間オンすると、直流電源１０の電流がＦＥＴ３５に流れ、図２（ｂ）に示すように、コイル３２の電流ＩＬが漸増し、電磁エネルギが蓄積される。このとき、第１ＦＥＴ１７、第２ＦＥＴ２２及び第３ＦＥＴ２７はオフして、第１平滑コンデンサ１８，第２平滑コンデンサ２３及び第３平滑コンデンサ２８の電荷の放電を防いでいる。
【００２３】
ＦＥＴ３５のオン時、第２平滑コンデンサ２３に充電されたエネルギが第２負荷２１に放出されるＲＬ回路の特性になり  図２（ｄ）に示すように、エアーバッグ駆動装置１６の両端の電流値及び電圧値は漸減する。
【００２４】
ＦＥＴ３５が時間ｔ４の間オフすると、コイル３２に加えられた電磁エネルギが、オンしている第２整流ＦＥＴ２２を通して第２平滑コンデンサ２３及び第２負荷２１に流れ、第２平滑コンデンサ２３が充電される。コイル３２を流れる電流は漸増する（図２（ｂ）参照）。ＦＥＴ３５のオフ時、直流電源１０の電圧にコイル３２の電磁エネルギが加算されたものが第２負荷２１に流れＲＣ回路の特性になり、電流圧及び電圧値は漸増する（図２（ｄ）参照）。電圧値Ｖ２は直流電源の電圧Ｖ及び上記第１駆動系の電圧Ｖ１よりも高くなる。
【００２５】
続いて、第３駆動系について説明する。図２（ａ）に示すように、スイッチング用ＦＥＴ３５を時間ｔ５の間オンすると、直流電源１０の電流がＦＥＴ３５に流れ、図２（ｂ）に示すように、コイル３２の電流ＩＬが漸増し、電磁エネルギが蓄積される。このとき、第１ＦＥＴ１７、第２ＦＥＴ２２及び第３ＦＥＴ２７はオフして、第１平滑コンデンサ１８，第２平滑コンデンサ２３及び第３平滑コンデンサ２８の電荷の放電を防いでいる。
【００２６】
ＦＥＴ３５のオン時、第３平滑コンデンサ２８に充電されたエネルギが第３負荷２６に放出されるＲＬ回路の特性になり  図２（ｅ）に示すように、第３負荷２６の両端の電流値及び電圧値は漸減する。
【００２７】
ＦＥＴ３５が時間ｔ６の間オフすると、コイル３２に加えられた電磁エネルギが、オンしている第３整流ＦＥＴ２７を通して第３平滑コンデンサ２８及び第３負荷２６に流れ、第３平滑コンデンサ２８が充電される。コイル３２を流れる電流は漸増する（図２（ｂ）参照）。ＦＥＴ３５のオフ時、直流電源１０の電圧にコイル３２の電磁エネルギが加算されたものが第３負荷２６に流れＲＣ回路の特性になり、電流圧及び電圧値は漸増する（図２（ｃ）参照）。電圧値Ｖ３は直流電源の電圧Ｖよりも高く、上記第１駆動系の電圧Ｖ１よりも低くなる。
【００２８】
なお、スイッチング用ＦＥＴ３５のオン・オフ回数は従来例よりも頻繁にし、またコイル３２の寸法（インダクタンス）は従来例よりも大きくしている。
（効果）
この実施例によれば、第１に、１つの直流電源１０で直流電源１０よりも駆動電圧が高く、しかも駆動電圧値の大きさが異なるエアーバッグ駆動装置１６と、所定の車載機器２２及び２６とを駆動することができる。その結果、エアーバッグ駆動装置１６、第１及び第２車載機器２１及び２６を駆動するための電源が簡素化される。これは、第１整流トランジスタ１７の作動時期をスイッチング用トランジスタ３５の作動時期（時間ｔ１及びｔ２）と同期させ、第２整流トランジスタ２２の作動時期をトランジスタ３５の作動時期（時間ｔ３及びｔ４）と同期させ、第３整流トランジスタ２７の作動時期をトランジスタ３５の作動時期（時間ｔ５及びｔ６）と同期させたことにより実現された。
【００２９】
なお、各駆動系で異なる電圧値Ｖ１、Ｖ２及びＶ３が得られたのは時間ｔ１とｔ２との比、時間ｔ３とｔ４との比、及び時間ｔ５とｔ６との比を変えたことによる。
【００３０】
第２に、次述する比較例に比べてＤＣチョッパ回路全体がコンパクトになる。３つの負荷１６，２１及び２６を駆動するためのコイル３２が１つで済むからである。コイル３２はＩＣ上で他の電子部品よりも大きなスペースを占めるので、その個数が少ないとＩＣ全体がコンパクトになる。
＜比較例＞
比較例として、図３に示すように、分岐点４１から各負荷４６，４７及び４８に並列に伸びた３本の配線上４２，４３及び４４に、それぞれコイル５１、５２及び５３と、ＦＥＴ５５，５６及び５７と、ダイオード６１，６２及び６３と、コンデンサ６５，６６及び６７とを配置した場合を考える。
【００３１】
この配置では、負荷４６から４８の数と等しい数のコイル５１から５３が必要となる。コイル５１から５３はＩＣ上で広い面積を占めるので、その数が多いと必然的にＩＣも大きくなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によるＤＣチョッパ回路によれば、直流電源の入力電圧を、入力電圧よりも高い複数の出力電圧に昇圧することができる。よって、全体的にコンパクトでありながら、車両等において大きな駆動電圧を持つ複数の車載機器を駆動することができる。
【００３３】
請求項２及び３のＤＣチョッパ回路によれば、昇圧を容易かつ確実に行うことができる。請求項４のＤＣチョッパ回路によれば、駆動電圧が異なる種々の負荷を駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す回路説明図である。
【図２】第１実施例の作動説明図である。
【図３】比較例を示す回路説明図である。
【図４】従来例を示す回路説明図である。
【符号の説明】
１０：直流電源                １１：主配線
１３：分岐点                  １５，２０，２５：副配線
１６，２１，２６：負荷        １７，２２，２７：整流素子
１８，２３，２８：平滑コンデンサ
３２：コイル  ３５：スイッチング素子
【図１】
2004274935.tif 000003
【図２】
2004274935.tif 000004
【図３】
2004274935.tif 000005
【図４】
2004274935.tif 000006