(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電源電圧入力端子（２６）から電源電圧を入力し当該電源電圧について降圧処理を含んで調整した第１電源電圧を生成して電源入力ノード（Ｎ１，Ｎ２２）に出力する第１電源電圧生成回路（２３）と、
制御端子及び基準端子を備え前記基準端子よりも前記制御端子に所定以上高い電圧を入力するとオンする主トランジスタ（１２，１２ａ，１２ｂ）と、コイル（１５）と、を備え、前記電源入力ノードの入力電圧又は当該入力電圧に応じた電圧を駆動用電源とし前記主トランジスタがオンオフすることで前記コイルに通電してスイッチング電源電圧（Ｖｏ）を出力する主スイッチング電源回路（１７）と、
前記主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧を第２電源電圧入力端子（３３）に入力し降圧処理を含んで調整した第２電源電圧を生成して前記電源入力ノードに出力する第２電源電圧生成回路（２４）と、を備え、
前記第１電源電圧の起動時には前記第１電源電圧生成回路による第１電源電圧を前記電源入力ノードに出力し、前記第１電源電圧が通常出力されることで前記主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧が通常出力される過程において前記第２電源電圧が所定電圧に達したときには当該第２電源電圧を前記電源入力ノードに出力するように構成され、
前記第１電源電圧生成回路（２３）は、その出力ノードが前記電源入力ノード（Ｎ１）に接続され前記第１電源電圧入力端子に入力される電圧を降圧して安定化し、
前記第２電源電圧生成回路（２４）は、その出力ノードが前記電源入力ノード（Ｎ１）に接続され前記第２電源電圧入力端子に入力される電圧を降圧して安定化し、
前記電源入力ノード（Ｎ１）の電圧を昇圧して前記駆動部の電源として出力するチャージポンプ回路（５）を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
第１電源電圧入力端子（２６）から電源電圧を入力し当該電源電圧について降圧処理を含んで調整した第１電源電圧を生成して電源入力ノード（Ｎ１，Ｎ２２）に出力する第１電源電圧生成回路（２２３）と、
制御端子及び基準端子を備え前記基準端子よりも前記制御端子に所定以上高い電圧を入力するとオンする主トランジスタ（１２，１２ａ，１２ｂ）と、コイル（１５）と、を備え、前記電源入力ノードの入力電圧又は当該入力電圧に応じた電圧を駆動用電源とし前記主トランジスタがオンオフすることで前記コイルに通電してスイッチング電源電圧（Ｖｏ）を出力する主スイッチング電源回路（１７）と、
前記主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧を第２電源電圧入力端子（３３）に入力し降圧処理を含んで調整した第２電源電圧を生成して前記電源入力ノードに出力する第２電源電圧生成回路（２２４）と、を備え、
前記第１電源電圧の起動時には前記第１電源電圧生成回路による第１電源電圧を前記電源入力ノードに出力し、前記第１電源電圧が通常出力されることで前記主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧が通常出力される過程において前記第２電源電圧が所定電圧に達したときには当該第２電源電圧を前記電源入力ノードに出力するように構成され、
前記第１電源電圧生成回路（２２３）は、
前記第１電源電圧入力端子に入力される電圧を降圧して安定化する第１電源回路（２３ａ）と、
前記第１電源回路により降圧された電圧を昇圧する第１チャージポンプ回路（５ａ）と、を備え、
前記第２電源電圧生成回路（２２４）は、
前記第２電源電圧入力端子に入力される電圧を降圧して安定化する第２電源回路（２４ａ）と、
前記第２電源回路により降圧された電圧を昇圧する第２チャージポンプ回路（５ｂ）と、を備え、
前記第１チャージポンプ回路の昇圧電圧の出力ノード及び前記第２チャージポンプ回路の昇圧電圧の出力ノードが前記電源入力ノード（Ｎ２２）において共通接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記電源入力ノードから前記第１電源電圧入力端子又は／及び前記第２電源電圧入力端子への逆流を防止する１又は複数の素子による逆流防止部（３０，３７，４１，４２，４３，４１ａ，４２ａ，４３ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ）を備えることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第１電源電圧生成回路が前記第１電源電圧を、又は、前記第２電源電圧生成回路が前記第２電源電圧を充電部（９、１０、１１、９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ）に蓄積するように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記主スイッチング電源回路は、
前記第１電源電圧が前記スイッチング電源電圧よりも低下したときには前記第２電源電圧生成回路から前記充電部に蓄積された第２電源電圧を昇圧して前記スイッチング電源電圧を出力することを特徴とする請求項４記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスイッチング電源装置は、例えばＮチャネル型のスイッチング素子をオンオフ駆動することで電源電圧を降圧又は昇圧し所定電圧を出力するように構成されている。この中で、例えば、電源電圧としてのバッテリ電源電圧ＶＢ（≒１２〜１４Ｖ程度）から降圧するスイッチング電源装置が開発されている。
【０００３】
例えば、本願技術に関連する直流電圧変換装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の直流電圧変換装置は、チョッパ回路の出力側に接続された低圧バッテリの出力電圧を上昇させる昇圧回路を設け、その昇圧電圧に基づく電位を、チャージポンプ回路を介して駆動回路に供給して駆動電圧とし、この駆動電圧によりＮチャネルＦＥＴを駆動している。これにより、出力端子に低圧バッテリを接続し、かつ出力電圧よりも高い駆動電圧を必要とするＮチャネルＦＥＴを用いたとしても、チョッパ回路を低圧バッテリの出力電圧に基づいて駆動開始できる。また、昇圧停止回路を設け、初回のスイッチング以降は昇圧回路の動作を停止している。しかし、この構成は出力端子にバッテリが接続されるような環境下での構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１０８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のスイッチング電源装置としては、入力側にバッテリ電圧などの第１電源電圧を接続し降圧、昇圧処理などの調整を行うことで、主トランジスタを駆動するための駆動部の駆動用電源として使用する方法がある。この方法を用いると入力電圧が起動するときに安定的な電源電圧を供給できるものの、第１電源電圧の通常出力電圧と降圧電圧との差が大きいと、第１電源電圧を降圧するときの電力損失が大きくなってしまい、通常動作時に大きな損失となり望ましくない。
【０００６】
本発明の目的は、第１電源電圧の起動時に安定的な電源電圧を出力可能にしつつ、第１電源電圧の通常出力時の降圧処理に基づく電力損失を極力抑制できるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は第１電源電圧生成回路と、主スイッチング電源回路と、第２電源電圧生成回路と、を備える。第１電源電圧生成回路は、第１電源電圧入力端子から電源電圧を入力し降圧処理を含んで調整した第１電源電圧を生成して電源入力ノードに出力する。主スイッチング電源回路は、制御端子及び基準端子を備え基準端子よりも制御端子に所定以上高い電圧を入力するとオンする主トランジスタと、コイルと、電源入力ノードの入力電圧又は当該入力電圧に応じた電圧を駆動用電源とし主トランジスタをオンオフすることでコイルに通電制御しスイッチング電源電圧を出力する。
【０００８】
第２電源電圧生成回路は、主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧を第２電源電圧入力端子に入力して降圧処理を含んで調整した第２電源電圧を生成して電源入力ノードに出力する。そして、第１電源電圧の起動時には、第１電源電圧生成回路が第１電源電圧を電源入力ノードに出力するため安定的な電源電圧を出力できる。第１電源電圧が通常出力されることで主スイッチング電源回路のスイッチング電源電圧が通常出力される過程において第２電源電圧が所定電圧に達したときには、第２電源電圧生成回路が第２電源電圧を電源入力ノードに出力する。これにより、通常動作時には、第２電源電圧が電源入力ノードに与えられた状態で動作することになるため、通常動作時には第１電源電圧を補助的に使用するだけで済むようになり、第１電源電圧の通常出力時の降圧処理に基づく電力損失を極力抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態についてスイッチング電源装置を概略的に示す電気的構成図
【図２】チャージポンプ回路、電圧変換回路及びプリドライブ回路の構成例を概略的に示す電気的構成図
【図３】入力電源電圧と各ノードの電圧との関係を概略的に示す関係図
【図４】入力電源電圧の起動時等の各ノードの電圧の関係を概略的に示すタイミングチャート
【図５】第２実施形態についてスイッチング電源装置を概略的に示す電気的構成図
【図６】チャージポンプ回路、電圧変換回路及びプリドライブ回路の構成例を概略的に示す電気的構成図
【図７】入力電源電圧の起動時等の各ノードの電圧の関係を概略的に示すタイミングチャート
【図８】入力電源電圧と各ノードの電圧との関係を概略的に示す関係図
【図９】第３実施形態についてレベル変換回路及びプリドライブ回路の構成例を概略的に示す電気的構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、スイッチング電源装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態において同一又は類似の動作を行う構成については、第２実施形態以降において同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１はスイッチング電源装置１Ａの構成例を示す。スイッチング電源装置１Ａは、例えば車両内に構成された降圧型のスイッチング電源であり、集積回路装置１００及びその周辺回路１０１を備える。このスイッチング電源装置１Ａは、非絶縁型の降圧チョークコンバータとして構成される。集積回路装置１００は、制御回路２、レベル変換回路３、駆動部としてのプリドライブ回路４、チャージポンプ回路５、基準電圧生成回路６、誤差増幅回路７、ソフトスタート制御部８、を主に備える。
【００１２】
周辺回路１０１は、チャージポンプ回路５の外付け用のコンデンサ９〜１１、出力用の第１主トランジスタ１２、ブートストラップコンデンサ１３、還流ダイオード１４、チョークコイル（コイル相当：以下コイルと略す）１５、コンデンサ１６、を接続して構成される。第１主トランジスタ１２、還流ダイオード１４、コイル１５は、主スイッチング電源回路１７を構成する。
【００１３】
このスイッチング電源装置１Ａの出力端子１８には負荷Ｚが接続されている。第１主トランジスタ１２は、例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下必要に応じてＮＭＯＳトランジスタ１２と称す）によりメイン駆動用に構成され、基準端子となるソース、制御端子となるゲートを備え、ソースよりも所定以上高い電圧がゲートに印加されるとオンするタイプのトランジスタである。
【００１４】
ＮＭＯＳトランジスタ１２のドレインには、バッテリ電源電圧ＶＢ１が入力電圧Ｖin１として与えられる。このＮＭＯＳトランジスタ１２のソースとグランドとの間には還流ダイオード１４が接続されている。またＮＭＯＳトランジスタ１２のゲートにはプリドライブ回路４が接続されている。制御回路２は、レベル変換回路３を通じてプリドライブ回路４に制御信号を出力し、プリドライブ回路４はこの制御信号に基づいてＮＭＯＳトランジスタ１２のゲートに駆動信号を印加する。プリドライブ回路４にはチャージポンプ回路５が接続されている。このチャージポンプ回路５は、外付けのコンデンサ９〜１１を用いて昇圧電圧を生成し、プリドライブ回路４に昇圧電圧を与える。ＮＭＯＳトランジスタ１２のソースとプリドライブ回路４との間には、ブートストラップコンデンサ１３が接続されており、このチャージポンプ回路５の昇圧電圧と、ブートストラップコンデンサ１３を用いてＮＭＯＳトランジスタ１２のゲートに駆動信号を印加する。
【００１５】
ＮＭＯＳトランジスタ１２のソースと出力端子１８との間にはコイル１５が接続されている。また、出力端子１８とグランドとの間にはコンデンサ１６が接続されている。プリドライブ回路４が、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオンさせると、ＮＭＯＳトランジスタ１２のソースを通じてチョークコイル１５に電流を流してコンデンサ１６を充電し、出力端子１８の電圧Ｖｏを上昇させる。そしてプリドライブ回路４が、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオフさせるとコイル１５に流れていた通電電流を維持しようとするため、コイル１５、還流ダイオード１４及び負荷Ｚによる還流ループに電流が流れると共に、コンデンサ１６の保持電力が放電されることで出力端子１８の出力電圧Ｖｏが低下する。
【００１６】
出力端子１８は集積回路装置１００の入力端子Ｉｎ１に接続されている。この入力端子Ｉｎ１とグランドノードとの間には分圧用の抵抗１９，２０が集積回路装置１００の内部に構成されている。分圧用の抵抗１９，２０は出力電圧Ｖｏを分圧し、この分圧電圧Ｖａをエラーアンプ２１の反転入力端子に出力する。誤差増幅回路７は、エラーアンプ２１、及び、このエラーアンプ２１の反転入力端子と出力端子との間を接続した帰還抵抗２２を備えた構成である。
【００１７】
エラーアンプ２１の複数の非反転入力端子には、基準電圧生成回路６、ソフトスタート制御部８が接続されている。基準電圧生成回路６は、例えばバンドギャップリファレンス回路により構成され、高精度の基準電圧Ｖrefを生成し、誤差増幅回路７のエラーアンプ２１の非反転入力端子に基準電圧Ｖrefを出力する。
【００１８】
ソフトスタート制御部８は、起動時における誤差増幅回路７の比較対象電圧を出力するものであり、図示しないＤ／Ａコンバータを用いて制御電圧Ｖdaを出力する。誤差増幅回路７は、出力電圧Ｖｏの抵抗１９，２０の分圧電圧Ｖａと、基準電圧生成回路６の出力基準電圧Ｖref、又は、ソフトスタート制御部８のＤ／Ａ出力制御電圧Ｖdaとの誤差を増幅し制御回路２に出力する。制御回路２は、この誤差増幅回路７の出力電圧に基づいてレベル変換回路３、プリドライブ回路４に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を調整し、スイッチング電源電圧Ｖｏを制御する。すなわち、起動時、制御回路２は、ソフトスタート制御部８の制御電圧に基づいて主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを制御し、通常動作時には、制御回路２は基準電圧生成回路６の基準電圧Ｖrefに基づいて主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを制御する。
【００１９】
図２はチャージポンプ回路５、及び、プリドライブ回路４の構成例を示している。図２に示すように、プリドライブ回路４の電源供給部には、第１電源電圧生成回路２３、第２電源電圧生成回路２４、及び、昇圧部２５が接続されている。第１電源電圧生成回路２３は、電源電圧入力端子（第１電源電圧入力端子相当）２６からバッテリ電源電圧ＶＢ１（第１電源電圧相当）を入力し降圧して安定化した電圧を出力する回路であり、基準電圧生成部２７、オペアンプ２８、駆動トランジスタ２９、逆流防止部としてのダイオード３０、及び、抵抗３１，３２による第１降圧回路を備える。
【００２０】
第２電源電圧生成回路２４は、電源電圧入力端子（第２電源電圧入力端子相当）３３から主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを第２電源電圧として入力し、この出力電圧Ｖｏに基づいて安定化した電圧を出力する回路であり、基準電圧生成部３４、オペアンプ３５、駆動トランジスタ３６、ダイオード３７、及び、抵抗３８，３９を備える。第１電源電圧生成回路２３の出力端子のノードと第２電源電圧生成回路２４の出力端子のノードとはノード（電源入力ノード相当）Ｎ１において共通接続されている。
【００２１】
第１電源電圧生成回路２３は、ノードＮ１とグランドノードとの間に分圧用の抵抗３１，３２を接続して構成され、これらの抵抗３１，３２の共通接続点はオペアンプ２８の反転入力端子に接続されている。基準電圧生成部２７は、例えばバンドギャップリファレンス回路により構成され、オペアンプ２８の非反転入力端子に基準電圧を出力する。電源電圧入力端子２６とノードＮ１との間には、ダイオード３０のアノードカソード間と駆動トランジスタ２９のドレインソース間とが直列接続されている。ダイオード３０については、ノードＮ１から電源入力端子２６への逆流を防止する機能を備えており、ダイオード３０の代わりにＭＯＳＦＥＴにて構成することも可能である。オペアンプ２８は、その出力端子が駆動トランジスタ２９のゲートに接続されている。これにより、第１電源電圧生成回路２３は、オペアンプ２８により駆動トランジスタ２９のゲートに駆動電圧を出力することで、バッテリ電源電圧ＶＢ１から電圧（Ｖf1＋Ｖds）を降圧した電圧をノードＮ１に出力できる。ここで、Ｖf1はダイオード３０の順方向電圧、Ｖdsは駆動トランジスタ２９のドレインソース間電圧を示す。ダイオード３０の代わりにＭＯＳＦＥＴにより構成した場合には、バッテリ電源電圧ＶＢ１からＶdsとＭＯＳＦＥＴのドレインソース間電圧を降圧した電圧をノードＮ１に出力できる。
【００２２】
第２電源電圧生成回路２４は、ノードＮ１とグランドノードとの間に分圧用の抵抗３８，３９を接続して構成され、これらの抵抗３８，３９の共通接続点はオペアンプ３５の反転入力端子に接続されている。基準電圧生成部３４は、例えばバンドギャップリファレンス回路により構成され、オペアンプ３５の非反転入力端子に基準電圧を出力する。電源電圧入力端子３３とノードＮ１との間には、ダイオード３７のアノードカソード間と駆動トランジスタ３６のソースドレイン間とが直列接続されている。ダイオード３７については、ノードＮ１から電源入力端子３３への逆流を防止する機能を備えており、ダイオードの代わりにＭＯＳＦＥＴにて構成することも可能である。オペアンプ３５は、その出力端子が駆動トランジスタ３６のゲートに接続されている。これにより、第２電源電圧生成回路２４は、オペアンプ３５により駆動トランジスタ３６のゲートに駆動電圧を出力することで、スイッチング電源電圧Ｖｏから電圧（Ｖf2＋Ｖds）を降圧した電圧をノードＮ１に出力できる。ここでＶf2はダイオード３７の順方向電圧、Ｖdsは駆動トランジスタ３６のソースドレイン間電圧を示す。ダイオード３７の代わりにＭＯＳＦＥＴにより構成した場合には、バッテリ電源電圧ＶＢ１からＶdsとＭＯＳＦＥＴのドレインソース間電圧を降圧した電圧をノードＮ１に出力できる。
【００２３】
前述したように、第１電源電圧生成回路２３と第２電源電圧生成回路２４の出力端子はノードＮ１にて共通接続されているが、ダイオード３０のアノードカソード間が電源電圧入力端子２６とノードＮ１との間に接続されると共に、ダイオード３７のアノードカソード間が電源電圧入力端子３３とノードＮ１との間に接続されている。このため、第１電源電圧生成回路２３と第２電源電圧生成回路２４のいずれの出力電圧が高くなったとしても、この高い側の電圧がノードＮ１に出力されることになり、電流が各電源電圧入力端子２６，３３に向けて逆流することがない。
【００２４】
昇圧部２５は、前段にチャージポンプ回路５を備え、後段に電圧変換回路４０を備える。このチャージポンプ回路５は、その入力ノードＮ１と電圧変換回路４０の入力ノードＮ２との間に接続される複数のダイオード４１〜４３、定電圧源４４〜４５、及び、スイッチ４６〜４７、を備え、外付けのコンデンサ（充電部相当）９，１０，１１を組み合わせて構成される。複数のダイオード４１〜４３は、それらのアノードカソード間がノードＮ１とＮ２との間に直列接続されている。互いに隣接するダイオード４１及び４２のカソードアノード間の共通接続点は外付けのコンデンサ９の一端子に接続されている。さらに、互いに隣接するダイオード４２及び４３のカソードアノード間の共通接続点は外付けのコンデンサ１０の一端子に接続されている。
【００２５】
外付けのコンデンサ９の他端子は、スイッチ４６の可動接点に接続されている。スイッチ４６の第１固定接点には定電圧源４４の出力電圧が与えられており、スイッチ４６の第２固定接点にはグランド電圧が与えられている。このスイッチ４６の可動接点と第１及び第２固定接点との接続を切替えることにより、定電圧源４４の出力電圧又はグランド電圧をコンデンサ９の他端子に与えるように構成される。
【００２６】
外付けのコンデンサ１０の他端子もまた、スイッチ４７の可動接点に接続されている。スイッチ４７の第１固定接点には定電圧源４５の出力電圧が与えられ、スイッチ４７の第２固定接点にはグランド電圧が与えられている。このスイッチ４７の可動接点と第１及び第２固定接点との接続を切替えることにより、定電圧源４５の出力電圧又はグランド電圧をコンデンサ１０の他端子に与えるように構成されている。なお、定電圧源４４、４５は、第１電源電圧生成回路２３又は第２電源電圧生成回路２４により生成された定電圧電源である。また、ノードＮ２とグランドノードとの間にも外付けのコンデンサ１１が接続されている。
【００２７】
各スイッチ４６，４７は、第１主トランジスタ１２の通電オンオフ周波数よりも低くなるように予め定められた所定周波数でオンオフ制御される。このとき、コンデンサ９〜１１の充電電荷は徐々に移し替えられることでコンデンサ９〜１１に蓄積される充電電荷量を徐々に大きくすることができ、コンデンサ１１の端子間電圧をノードＮ１の電圧よりも高くできる。この結果、ノードＮ１の電圧を昇圧処理してノードＮ２に出力できる。
【００２８】
電圧変換回路４０は集積回路１００内に構成され、その入力端子のノードＮ２とグランドノードとの間に定電流源４８、ダイオード接続トランジスタ４９、定電圧源５０を接続すると共に、定電流源４８とダイオード接続トランジスタ４９との共通接続端子にベースを接続すると共に入力端子のノードＮ２と出力端子のノードＮ３との間にコレクタエミッタ間を接続してなるＮＰＮ形のバイポーラジャンクショントランジスタ５１を接続して構成されている。なお、ダイオード接続トランジスタ４９及びバイポーラジャンクショントランジスタ５１については、ＭＯＳＦＥＴにより構成しても良い。
【００２９】
集積回路装置１００に電源電圧が与えられると定電流源４８に電流が流れるため、電圧変換回路４０は、この定電流源４８の出力電流の値に応じて、入力端子のノードＮ２の電圧を降圧レベル変換し、トランジスタ５１のエミッタとなる出力ノードＮ３に出力する。プリドライブ回路４は、例えばＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ５２及びＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ５３を備え、ノードＮ３とノードＮａとの間にはＭＯＳトランジスタ５２のソースドレイン間及びＭＯＳトランジスタ５３のドレインソース間が接続されている。
【００３０】
プリドライブ回路４は、ノードＮ３に与えられる電圧を駆動用電圧（駆動用電源相当）として動作し、制御回路２は、プリドライブ回路４によりＭＯＳトランジスタ５２及び５３を相補的にオンオフ切替えすることでノードＮ３の電圧又はノードＮａの電圧をＮＭＯＳトランジスタ１２のゲートに駆動信号として出力し、これにより主トランジスタ１２をオンオフさせる。
【００３１】
前記の構成について、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧（第１電源電圧相当）の起動時の作用を説明する。図３は起動時及び供給停止時における各ノード間の電圧の関係を概略的に示しており、図４は起動時及び電源供給停止時における各ノードの電圧変化をタイミングチャートで概略的に示している。
【００３２】
＜起動時の動作＞
例えば車両内でイグニッションスイッチ（図示せず）がオフからオンにされると（図４のｔ１）、バッテリ電源電圧ＶＢ１が集積回路装置１００に供給され、スイッチング電源装置１Ａが起動される。また、逆にイグニッションスイッチがオンからオフにされるとバッテリ電源電圧ＶＢ１の供給が停止されることになる（図４のｔ５以降）。
【００３３】
起動時、バッテリ電源電圧ＶＢ１が集積回路装置１００に供給されると、このバッテリ電源電圧ＶＢ１はチャージポンプ回路５に供給される。第１電源電圧生成回路２３及び第２電源電圧生成回路２４のそれぞれの基準電圧生成部２７，３４は、バッテリ電源電圧ＶＢ１及び主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを用いて基準電圧を生成し、オペアンプ２８及び３５に出力する。バッテリ電源電圧ＶＢ１が、第１電源電圧生成回路２３の電源電圧入力端子２６に入力されると、オペアンプ２８にもバッテリ電源電圧ＶＢ１が供給されるが、オペアンプ２８の出力電圧が駆動トランジスタ２９のゲートソース間閾値電圧を超えなければノードＮ１には電圧出力されない。また起動当初においては、主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏが上昇していないため、第２電源電圧生成回路２４はこの出力電圧Ｖｏに応じた電圧を出力することはない（図３の電圧Ｖｔ１未満参照）。
【００３４】
時間経過に伴い、集積回路装置１００に供給されるバッテリ電源電圧ＶＢ１が上昇するが、オペアンプ２８の出力電圧が駆動トランジスタ２９のゲートソース間閾値電圧より高くなると、バッテリ電源電圧ＶＢ１からダイオード３０及び駆動トランジスタ２９のドレインソース間を通じてノードＮ１の電圧を上昇させる。バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧が所定電圧Ｖｔ１に達すると、チャージポンプ回路５は昇圧機能をスタートできる（図３のＶｔ１時点参照）。チャージポンプ回路５は、この昇圧機能に応じてノードＮ２の電圧を上昇させる。電圧変換回路４０は、ノードＮ２の電圧をレベル変換してノードＮ３に出力し、プリドライブ回路４は、このノードＮ３の電圧に基づいて第１主トランジスタ１２を駆動する。
【００３５】
さて、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧がさらに上昇すると、これに伴い、チャージポンプ回路５が昇圧動作して出力電圧Ｖcpを上昇させる。バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧が所定電圧Ｖｔ２に達すると、主スイッチング電源回路１７がその出力電圧Ｖｏを正電圧で出力し始める（図３の出力電圧Ｖｏ＝Ｖｔ２（＜Ｖｔ３）参照）。主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏが所定電圧Ｖｔ３まで上昇すると、第１電源電圧生成回路２３の出力電圧（第１電源電圧相当）Ｖ１と第２電源電圧生成回路２４の出力電圧（第２電源電圧相当）Ｖ２の高低関係が逆転し、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２が第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１より高くなる。このとき、ダイオード３０が電源電圧入力端子２６への逆流を防止するため、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２がノードＮ１に出力される。
【００３６】
チャージポンプ回路５は、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２を昇圧してノードＮ２に出力する。このときも同様に、電圧変換回路４０は、ノードＮ２の電圧をレベル変換してノードＮ３に出力し、プリドライブ回路４は、このノードＮ３の電圧に基づいて第１主トランジスタ１２を駆動する。制御回路２は、レベル変換回路３を通じてプリドライブ回路４に制御信号を出力することで、プリドライブ回路４は第１主トランジスタ１２を駆動する（図４のｔ４→ｔ５参照）。
【００３７】
＜定常動作＞
電源起動後の定常動作中においては、バッテリ電源電圧ＶＢ１が定常時所定電圧（例えば１２Ｖ、２４Ｖ、８Ｖ＝最低電圧ＭＩＮ、３６Ｖ＝最大電圧ＭＡＸ）程度まで上昇又は下降し定常動作する（図４のｔ４→ｔ５参照）。この間、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２が第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１より高くなるため、チャージポンプ回路５は、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２を昇圧しノードＮ２に出力する。なお、供給されるバッテリ電源電圧ＶＢ１が、定常時所定電圧から最大電圧ＭＡＸの間であるときには、チャージポンプ回路５の出力電圧Ｖcpは、所定電圧Ｖｍにて定電圧出力される（図３の電圧Ｖｍ参照）。
電圧変換回路４０は、ノードＮ２の電圧をレベル変換してノードＮ３に出力し、プリドライブ回路４は、このノードＮ３の電圧に基づいて第１主トランジスタ１２を駆動する。制御回路２は、レベル変換回路３を通じてプリドライブ回路４に制御信号を出力することで、プリドライブ回路４は第１主トランジスタ１２を駆動する。これにより、主スイッチング電源回路１７はバッテリ電源電圧ＶＢ１に基づいてスイッチング電源電圧Ｖｏを定電圧出力できる。
【００３８】
＜電源供給停止時の動作＞
また、その後、イグニッションスイッチがオンからオフにされることで、バッテリ電源電圧ＶＢ１の給電が停止した場合には、前述した動作の逆となり、バッテリ電源電圧ＶＢ１の給電電圧が低下するに伴い、チャージポンプ回路５の出力電圧Ｖcpが低下し、主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏも低下する（図４のｔ５以降参照）。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、バッテリ電源電圧ＶＢ１の起動時には、第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１を電源入力用のノードＮ１に出力する。その後、第１電源電圧生成回路２３が出力電圧Ｖ１を通常出力することで主スイッチング電源回路１７のスイッチング電源電圧Ｖｏが通常出力される過程において、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２が所定電圧Ｖｔ３に達したときには当該第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２を電源入力用のノードＮ１に出力できる。このため、安定的な電源電圧をノードＮ１に出力できる。この結果、通常動作中は、バッテリ電源電圧ＶＢ１に基づいて生成される第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１を補助的に使用するだけで済むようになり、第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１を降圧処理しなくても良くなる。この結果、通常出力時の降圧処理に基づく電力損失を極力抑制できる。
ダイオード３０，３７が電流の逆流を防止しているため、第１及び第２電源電圧生成回路２３及び２４の出力電圧の高低を考慮する必要がなくなる。
【００４０】
（第２実施形態）
図５から図８は第２実施形態の追加説明図を示している。図５は昇降圧型のスイッチング電源装置１Ｂの構成例を示している。スイッチング電源装置１Ｂは、例えば車両内に構成された昇降圧型のスイッチング電源であり、集積回路装置２００及びその周辺回路２０１を備える。図５に示す昇降圧タイプのスイッチング電源装置１Ｂが、図１に示す降圧タイプのスイッチング電源装置１Ａと異なるところは、主に、コイル１５の出力端子１８側のノードＮｂとグランドノードとの間に第２主トランジスタ（例えばＮチャネル型のＭＯＳトランジスタのドレインソース間）１２ｂが接続されており、この第２主トランジスタ１２ｂの駆動回路（レベル変換回路３ｂ及びプリドライブ回路４ｂ）を備えているところにある。
【００４１】
集積回路装置２００は、レベル変換回路３ａ（第１実施形態のプリドライブ回路３相当）と、プリドライブ回路４ａ（第１実施形態のプリドライブ回路４相当）と、レベル変換回路３ｂと、プリドライブ回路４ｂとを備える。スイッチング電源装置１Ｂは、第１実施形態における外付けの主トランジスタ１２を、第２実施形態では第１主トランジスタ１２ａとして備え、非絶縁型の昇降圧チョークコンバータとして構成される。
【００４２】
コイル１５と出力端子１８との間にはダイオードＤのアノードカソード間が接続されている。コイル１５とダイオードＤのアノードとの共通接続ノードＮｂとグランドノードとの間には第２主トランジスタ１２ｂのドレインソース間が接続されている。
【００４３】
第２主トランジスタ１２ｂのゲート（制御端子）は、プリドライブ回路４ｂ、レベル変換回路３ｂを通じて制御回路２に接続されている。制御回路２は、レベル変換回路３ｂを通じてプリドライブ回路４ｂに制御信号を出力し、プリドライブ回路４ｂはこの制御信号に基づいて第２主トランジスタ１２ｂのゲートに駆動信号を印加する。これらの第１及び第２主トランジスタ１２ａ及び１２ｂは制御回路２により相補的にオンオフ制御されることで、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧の降圧電圧を出力端子１８から出力したり、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧の昇圧電圧を出力端子１８から出力したりする。
【００４４】
図６はプリドライブ回路４ａ，４ｂへの電源供給系の構成例を示している。昇圧部２２５は、前段にチャージポンプ回路５を備え、後段に電圧変換回路４０ａ、４０ｂを備える。なお、第１実施形態の電圧変換回路４０の構成を本実施形態では電圧変換回路４０ａとしている。電圧変換回路４０ａ、４０ｂは集積回路２００内に構成される。図６に示すように、電圧変換回路４０ｂは電圧変換回路４０ａと並列に構成され、当該電圧変換回路４０ｂはノードＮ２の電圧をレベル変換してノードＮ４に出力し、プリドライブ回路４ｂに供給する。電圧変換回路４０ｂの構成は電圧変換回路４０ａと同一構成であるため回路構成説明を省略する。
【００４５】
プリドライブ回路４ａは、ノードＮ３とノードＮａとの間に、ドレインソースが直列接続されたＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ５２ａ及びＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ５３ａを備え、ノードＮ３の電圧を用いて第１主トランジスタ１２ａのゲートに駆動信号を印加する。またプリドライブ回路４ｂは、ノードＮ４とグランドノードとの間にドレインソースが直列接続されたＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ５２ｂ及びＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ５３ｂを備え、ノードＮ４の電圧を用いて第２主トランジスタ１２ｂのゲートに駆動信号を印加する。また、その他の構成は前述実施形態と同様であるためその説明を省略する。バッテリ電源電圧ＶＢ１の起動時の動作、通常時の動作は前述実施形態と同一であるためその説明を省略する。
【００４６】
＜過負荷電流時の動作＞
通常動作中に、バッテリ電源電圧ＶＢ１を利用する外部負荷の通電電流が増大した場合には、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧が低下する場合がある（図７のｔ５→ｔ６参照）。このとき、例えばバッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧が、主スイッチング電源回路１７が通常出力するスイッチング電源電圧Ｖｏよりも低下することもある。このような場合、チャージポンプ回路５は、第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２を昇圧してノードＮ２に供給し、電圧変換回路４０ｂはノードＮ２の電圧をレベル変換してノードＮ４に出力し、プリドライブ回路４ｂに供給する。このとき、第２主トランジスタ１２ｂを動作させることにより、主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏは所定の出力電圧を安定して保持できる（図７の昇圧動作区間ｔ５→ｔ６参照）。
【００４７】
たとえバッテリ電源電圧ＶＢ１が瞬間的に低下したとしても、チャージポンプ回路５が電圧を昇圧するため電源供給系の主ノードＮ２〜Ｎ４の電圧を安定して保持でき、主スイッチング電源回路１７が出力電圧Ｖｏを定電圧出力し続けることができる。
【００４８】
＜過負荷電流後、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧復帰後の動作＞
その後、バッテリ電源電圧ＶＢ１の電圧が復帰したとしても、チャージポンプ回路５は昇圧し続けるため、主スイッチング電源回路１７はその出力電圧Ｖｏを安定的に保持できる（図６のｔ６→ｔ７参照）。
【００４９】
＜電源供給停止時の動作＞
またその後、イグニッションスイッチがオンからオフにされることで、バッテリ電源電圧ＶＢ１の給電が停止した場合には、供給されるバッテリ電源電圧ＶＢ１が低下するに伴い、チャージポンプ回路５の出力電圧Ｖcpが低下し、主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏも低下する（図７のｔ７→ｔ８参照）。図８に各ノード電圧の関係性を図３に代えて示している。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、昇降圧型のスイッチング電源装置１Ｂに適用した場合においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、バッテリ電源電圧ＶＢ１が、主スイッチング電源回路１７の出力するスイッチング電源電圧Ｖｏより瞬間的に低下したときであっても、ノードＮ１の電圧を昇圧して動作するため、主スイッチング電源回路１７が出力するスイッチング電源電圧Ｖｏを極力定電圧状態に保持できる。
【００５１】
（第３実施形態）
図９は第３実施形態の追加説明図を示している。図２に対応した図９に集積回路３００の構成例を示す。集積回路装置３００は、第１電源回路２３ａ、第２電源回路２４ａ、ダイオード４１ａ、４２ａ、４３ａ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、定電圧源４４ａ、４５ａ、４４ｂ、４５ｂ、スイッチ４６ａ、４７ａ、４６ｂ、４７ｂ、及び、プリドライブ回路４を備える。また集積回路装置３００には電圧変換回路４０も構成される。
【００５２】
第１電源電圧生成回路２２３は、基準電圧生成部２７、オペアンプ２８、駆動トランジスタ２９、ダイオード３０、分圧用の抵抗３１及び３２、を組み合わせた第１電源回路２３ａと、この第１電源回路２３ａの出力電圧Ｖ１を昇圧する第１チャージポンプ回路５ａと、を備える。第１電源回路２３ａは、バッテリ電源電圧ＶＢ１を降圧した電圧をノードＮ１１に出力する。
【００５３】
昇圧部３２５は、前段にチャージポンプ回路５ａ、５ｂを備え、後段に電圧変換回路４０を備える。第１チャージポンプ回路５ａは、ノードＮ１１と電圧変換回路４０の入力ノードＮ２２との間に接続される複数のダイオード４１ａ、４２ａ、４３ａと、定電圧源４４ａ、４５ａと、スイッチ４６ａ、４７ａと、を備え、充電部としての外付けのコンデンサ９ａ、１０ａを組み合わせて構成される。複数のダイオード４１ａ、４２ａ、４３ａは、それらのアノードカソード間がノードＮ１１とＮ２２との間に直列接続されている。これらのダイオード４１ａ、４２ａ、４３ａ、コンデンサ９ａ、１０ａ、スイッチ４６ａ、４７ａ、及び、定電圧源４４ａ、４５ａの接続方法は、第１実施形態で説明した構成と同一であるため、その説明を省略する。これにより、第１電源電圧生成回路２２３は、第１電源回路２３ａにより降圧された電圧について、第１チャージポンプ回路５ａにより昇圧した電圧を、電源入力ノードとしてのノードＮ２２に出力する。
【００５４】
第２電源電圧生成回路２２４は、基準電圧生成部３４、オペアンプ３５、駆動トランジスタ３６、ダイオード３７、及び、抵抗３８，３９を組み合わせた第２電源回路２４ａと、この第２電源回路２４ａによる降圧電圧を昇圧する第２チャージポンプ回路５ｂとを備える。第２電源回路２４ａは、主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを入力して降圧した電圧をノードＮ１２に出力する。第２チャージポンプ回路５ｂは、ノードＮ１２と電圧変換回路４０の入力ノードＮ２２との間に接続される複数のダイオード４１ｂ、４２ｂ、４３ｂと、定電圧源４４ｂ、４５ｂと、スイッチ４６ｂ、４７ｂと、を備え、充電部としての外付けのコンデンサ９ｂ，１０ｂを組み合わせて構成される。
【００５５】
複数のダイオード４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、それらのアノードカソード間がノードＮ１２とＮ２２との間に直列接続されている。これらのダイオード４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ、コンデンサ９ｂ、１０ｂ、スイッチ４６ｂ、４７ｂの接続方法もまた、第１実施形態で説明した方法と同一であるため、その説明を省略する。これにより、第２電源電圧生成回路２２４は、第２電源回路２４ａにより主スイッチング電源回路１７の出力電圧Ｖｏを降圧した電圧を第２チャージポンプ回路５ｂにより昇圧してノードＮ２２に出力する。第１電源電圧生成回路２２３と第２電源電圧生成回路２２４の出力は、ノードＮ２２にて共通接続されている。このノードＮ２２とグランドノードとの間にはコンデンサ１１が接続されている。電圧変換回路４０は第１実施形態で説明した回路構成と同様であるため、その説明を省略し、さらにその後段の構成も第１実施形態で説明した構成と同様であるため、その説明を省略する。
【００５６】
前記の構成の作用を説明する。第１チャージポンプ回路５ａは、第１電源回路２３ａの出力電圧を昇圧し、第２チャージポンプ回路５ｂは、第２電源回路２４ａの出力電圧を昇圧する。そして、電圧変換回路４０はノードＮ２２の電圧をレベル変換し、プリドライブ回路４に出力する。このような場合でも、第１チャージポンプ回路５ａによる昇圧処理後の電圧Ｖａ１と、第２チャージポンプ回路５ｂによる昇圧処理後の電圧Ｖａ２と、の関係は、前述の第１実施形態における第１電源電圧生成回路２３の出力電圧Ｖ１と第２電源電圧生成回路２４の出力電圧Ｖ２との関係と同様である。したがって、第１実施形態と同様の作用効果を奏することになる。
【００５７】
本実施形態においては、第１又は第２チャージポンプ回路５ａ又は５ｂのダイオード４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂが逆流防止部として機能し、第１電源電圧入力端子２６又は第２電源電圧入力端子３３への電流の逆流を防止できる。そのため、第１電源回路２３ａのダイオード３０、又は／及び、第２電源回路２４ａのダイオード３７は必要に応じて削除しても良い。
【００５８】
（他の実施形態）
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
「逆流防止部」は、ダイオードを用いてもＭＯＳトランジスタを用いても良いし、これらを組み合わせても良い。また、逆流防止の手法は、ダイオード素子やＭＯＳトランジスタ素子の各１素子に限られず、複数素子を用いた回路を適用しても良い。昇圧型、降圧型、昇降圧型の何れのスイッチング制御装置に適用しても良い。
【００５９】
スイッチング電源装置は、スイッチング電源電圧としての出力電圧Ｖｏを起動前の０Ｖから起動後に正の所定電圧に上昇制御する正電源回路の形態を示したが、出力電圧Ｖｏを起動前の０Ｖから起動後に負の所定電圧に下降制御する負電源回路に適用することもできる。
【００６０】
制御端子としてゲート、基準端子としてソース、を備え、ソースよりゲートに所定以上高い電圧を入力するとオンするＮＭＯＳトランジスタ１２を「主トランジスタ」として構成した形態を示したが、この形態に限られるものではなく、例えば、制御端子としてベース、基準端子としてエミッタ、を備え、エミッタよりベースに所定以上高い電圧を入力するとオンするＮＰＮ形のバイポーラジャンクション型のトランジスタを「主トランジスタ」として適用しても良い。また、制御端子としてゲート、基準端子としてエミッタ、を備えたＩＧＢＴを「主トランジスタ」として適用しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
図面中、１Ａ，１Ｂはスイッチング電源装置、９，１０，１１、９ａ，１０ａ、９ｂ，１０ｂはコンデンサ（充電部）、１２、１２ａ、１２ｂは主トランジスタ、１５はチョークコイル（コイル）、１７は主スイッチング電源回路、２３，２２３は第１電源電圧生成回路、２４，２２４は第２電源電圧生成回路、２６は第１電源電圧入力端子、３０，３７，４１ａ，４２ａ，４３ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂはダイオード（逆流防止部）、３３は第２電源電圧入力端子、ＶＢ１はバッテリ電源電圧、Ｖｏは主スイッチング電源回路の出力電圧（スイッチング電源電圧）、Ｎ１、Ｎ２２はノード（電源入力ノード）、を示す。
【図１】
0006394487.tif 000002
【図２】
0006394487.tif 000003
【図３】
0006394487.tif 000004
【図４】
0006394487.tif 000005
【図５】
0006394487.tif 000006
【図６】
0006394487.tif 000007
【図７】
0006394487.tif 000008
【図８】
0006394487.tif 000009
【図９】
0006394487.tif 000010