(57)【要約】【課題】  動作開始後におけるソフトスタート制御の解除を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることにある。【解決手段】  充放電手段１２，１４の間に設けられるコイル１８に接続される第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ２２，２４を設ける。また、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間に形成されたボディダイオード２８の順方向に流れる電流を検出する。定常動作時、ＭＯＳＦＥＴ２２，２４を互いに反転動作させて充放電手段１２から１４へ直流電力を供給する同期整流制御を実行する。一方、動作開始時、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ期間を徐々に増加させつつ第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオフさせるソフトスタート制御を実行する。そして、ソフトスタート制御時、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中継続して上記の電流がゼロ以上である場合、そのソフトスタート制御を解除・終了して同期整流制御を開始する。【選択図】  図１
2007020327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの充放電手段の間に設けられるコイルに接続される少なくとも一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子を互いに反転動作させることにより一方の充放電手段から他方の充放電手段へ直流電力を供給する通常制御実行手段と、を備えるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置であって、
動作開始時に、一方のスイッチング素子のオンデューティ期間を徐々に増加させつつ、他方のスイッチング素子のオフを継続させ或いは前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間中に該オフデューティ期間よりも短い時間だけ他方のスイッチング素子をオンさせるソフトスタート制御を実行するソフトスタート制御実行手段と、
前記他方のスイッチング素子が両端間に有する寄生ダイオードの順方向に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ソフトスタート制御の実行中に、前記電流検出手段により検出される前記電流がゼロ以上の所定値以上である状態が所定期間継続する場合、該ソフトスタート制御を終了させるソフトスタート制御終了手段と、
を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置。
【請求項２】
前記ソフトスタート制御終了手段は、前記ソフトスタート制御の実行中での前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間継続して、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値以上である場合、該ソフトスタート制御を終了させることを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置。
【請求項３】
前記ソフトスタート制御実行手段は、前記ソフトスタート制御の実行中での前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間中、前記他方のスイッチング素子を、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値以上である場合はオンさせ、一方、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値未満である場合はオフさせることを特徴とする請求項１又は２記載のＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置に係り、特に、２つの充放電手段の間に設けられるコイルに接続される少なくとも一対のスイッチング素子を適宜動作させることにより一方の充放電手段から他方の充放電手段へ直流電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つの充放電手段の間に接続され、一方の充放電手段から他方の充放電手段へ直流電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの充放電手段の間に設けられたコイルと、該コイルに接続された一対のスイッチング素子（ＭＯＳトランジスタ）と、を備えており、各スイッチング素子をオンオフさせつつ互いに反転動作させることで、一方の充放電手段から他方の充放電手段への直流電力変換を実現している。
【０００３】
また、このＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、動作開始時にスイッチング素子が長時間オン駆動されることに起因してそのスイッチング素子に過電流が流れてしまうのを防止するため、オンデューティ時間を動作開始当初は短くする一方でその後は徐々に長くしていき所望のオンデューティ時間に到達させるソフトスタート制御が実行される。このソフトスタート制御は、一対のスイッチング素子の一方については上記の如くオンデューティ時間を徐々に長くしていき、かつ、他方についてはオフを継続させるものである。
【０００４】
更に、上記したＤＣ−ＤＣコンバータのコイルと充放電手段との間には、その経路を流れる電流を検出するための電流センサが設けられている。上記したソフトスタート制御は、この電流センサにより検出される電流値が所定のしきい値を超えることとなったときに終了され、その後は、通常どおり、一対のスイッチング素子が互いに反転して所定周期でオンオフされることとなっている。
【特許文献１】特許第３５０１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、ソフトスタート制御を終了させるだけのために、コイルと充放電手段との間に電流センサを設けることが必要である。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける部品点数が増加して、製造コストの増大や搭載スペースの拡大を招き、更には、電流センサの有するシャント抵抗の存在により大きな電力損失を招くこととなっていた。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、動作開始後におけるソフトスタート制御の解除を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させたＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、２つの充放電手段の間に設けられるコイルに接続される少なくとも一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子を互いに反転動作させることにより一方の充放電手段から他方の充放電手段へ直流電力を供給する通常制御実行手段と、を備えるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置であって、動作開始時に、一方のスイッチング素子のオンデューティ期間を徐々に増加させつつ、他方のスイッチング素子のオフを継続させ或いは前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間中に該オフデューティ期間よりも短い時間だけ他方のスイッチング素子をオンさせるソフトスタート制御を実行するソフトスタート制御実行手段と、前記他方のスイッチング素子が両端間に有する寄生ダイオードの順方向に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ソフトスタート制御の実行中に、前記電流検出手段により検出される前記電流がゼロ以上の所定値以上である状態が所定期間継続する場合、該ソフトスタート制御を終了させるソフトスタート制御終了手段と、を備えるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置により達成される。
【０００８】
この態様の発明において、動作開始時に、一方のスイッチング素子のオンデューティ期間を徐々に増加させつつ、他方のスイッチング素子のオフを継続させ或いは前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間中に該オフデューティ期間よりも短い時間だけ他方のスイッチング素子をオンさせるソフトスタート制御は、その制御実行中に、その他方のスイッチング素子が両端間に有する寄生ダイオードの順方向に流れる電流がゼロ以上の所定値以上である状態が所定期間継続する場合、終了される。かかる構成においては、ソフトスタート制御の実行中に何れのスイッチング素子にも過電流が流れることはない。また、寄生ダイオードは、スイッチング素子の構造上その両端に造られるものである。従って、本発明によれば、動作開始後におけるソフトスタート制御の解除を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることができる。
【０００９】
この場合、上記したＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置において、前記ソフトスタート制御終了手段は、前記ソフトスタート制御の実行中での前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間継続して、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値以上である場合、該ソフトスタート制御を終了させることとすればよい。
【００１０】
また、上記したＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置において、前記ソフトスタート制御実行手段は、前記ソフトスタート制御の実行中での前記一方のスイッチング素子のオフデューティ期間中、前記他方のスイッチング素子を、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値以上である場合はオンさせ、一方、前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定値未満である場合はオフさせることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、動作開始後におけるソフトスタート制御の解除を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図を示す。本実施例のシステムは、例えば車両などに搭載されたシステムである。図１に示す如く、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、２つの充放電手段１２，１４の間に設けられており、入力側の充放電手段１２から出力側の充放電手段１４へ直流電力を降圧して供給する直流−直流電圧変換器である。充放電手段１２，１４は、車両の有する発電機などで生成された電力を蓄えるキャパシタや例えば１２ボルトや３００ボルトなどの電圧を有するバッテリであり、車両のヘッドライトやエアコン等の補機の駆動に利用される。
【００１４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、リアクタンスＬのコイル１８と、半導体から構成された一対のスイッチング素子２０と、を備えている。コイル１８は、上記した２つの充放電手段１２，１４の間に設けられている。また、一対のスイッチング素子２０は、直列接続された第１のＭＯＳＦＥＴ２２及び第２のＭＯＳＦＥＴ２４からなり、第１のＭＯＳＦＥＴ２２は、その一端が入力側充放電手段１２に接続されかつ他端がコイル１８の一端に接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ２４は、その一端がコイル１８の一端に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。すなわち、コイル１８の一端は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２と第２のＭＯＳＦＥＴ２４との接続点に接続されている。また、コイル１８の他端は、出力側充放電手段１４に接続されている。
【００１５】
第１のＭＯＳＦＥＴ２２にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２６が、また、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２８が、それぞれ形成されている。ボディダイオード２６は、コイル１８の一端側及び第２のＭＯＳＦＥＴ２４側から充放電手段１２へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。また、ボディダイオード２８は、接地側からコイル１８の一端側及び第１のＭＯＳＦＥＴ２２側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。
【００１６】
第１のＭＯＳＦＥＴ２２及び第２のＭＯＳＦＥＴ２４の各ゲートにはそれぞれ、それらのＭＯＳＦＥＴ２２，２４をスイッチング駆動する制御部３０が接続されている。制御部３０は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２及び第２のＭＯＳＦＥＴ２４それぞれをオンオフ駆動するドライバを有しており、後に詳述する如く、適宜ＤＣ−ＤＣコンバータ１０のスイッチングを制御して充放電手段１２から充放電手段１４への降圧変換を実施させる。
【００１７】
制御部３０には、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ３２が接続されている。電流センサ３２は、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード２８のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部３０へ向けて出力する。制御部３０は、電流センサ３２から供給される各電圧に基づいて、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流を検出する。
【００１８】
次に、図２を参照して、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作について説明する。図２は、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作タイミングチャートを示す。尚、図２において、同図（Ａ）は第１のＭＯＳＦＥＴ２２のスイッチング動作のタイミングチャートを、同図（Ｂ）は第２のＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチング動作のタイミングチャートを、同図（Ｃ）は第１のＭＯＳＦＥＴ２２のドレイン−ソース間に流れる電流（充放電手段１２からコイル１８側へ流れる方向を正とする。）のタイミングチャートを、同図（Ｄ）は第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間に流れる電流（ボディダイオード２８の順方向すなわち接地側からコイル１８側へ流れる方向を正とする。）のタイミングチャートを、それぞれ示す。
【００１９】
本実施例において、制御部３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始後、定常時には、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ２２，２４を互いに反転動作させてオンオフのデューティ駆動を行う。すなわち、一方をオン駆動させるときは他方をオフ駆動させ、一方をオフ駆動させるときは他方をオン駆動させ、そして、そのオン・オフを所定周期で繰り返す。尚、上記したＭＯＳＦＥＴ２２，２４のオンオフの切り替え時には、両ＭＯＳＦＥＴ２２，２４が共にオン状態とならないようにデッドタイムを設けることとしてもよい。以下、このようにＭＯＳＦＥＴ２２，２４を互いに反転動作させる制御を同期整流制御と称す。
【００２０】
同期整流制御の実行時において、制御部３０は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２に対するデューティ比γが出力側充放電手段１４の電圧と入力側充放電手段１２の電圧との比になるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１０の制御を行う。このような同期整流制御によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始後の定常時において、スイッチング制御によって入力側充放電手段１２の電圧を所望のとおり降圧し、そして、入力側充放電手段１２の有する電力を出力側充放電手段１４に供給することが可能となる。
【００２１】
また、制御部３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始直後は、上記した同期整流制御に先立って、第１のＭＯＳＦＥＴ２２に対するデューティ比が、定常時に算出される出力側充放電手段１４の実現すべき電圧と入力側充放電手段１２の電圧との比よりも小さいもの（例えばゼロ）からスタートされ、その後、徐々に増大していくようにＤＣ−ＤＣコンバータ１０の制御を行う。この場合、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ期間は、図２（Ａ）に示す如く、定常時におけるものよりも短いものからスタートされ、その後は徐々に増加されることとなる。また、制御部３０は、上記の如く第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ期間を徐々に増加していく過程においては、図２（Ｂ）に示す如く、第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオフ状態に維持させる。以下、このような制御をソフトスタート制御と称す。
【００２２】
このようなソフトスタート制御によれば、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ時間が動作開始直後に非常に短いものから増加していくときにも、同期整流制御時において第１のＭＯＳＦＥＴ２２に対して反転動作する第２のＭＯＳＦＥＴ２４のオンデューティ時間が非常に長いものからスタートすることはない。このため、動作開始時に第２のＭＯＳＦＥＴ２４がオン状態になることによって出力側の充放電手段１４からコイル１８を介して第２のＭＯＳＦＥＴ２４側へ大きな電流（過電流）が流れることは回避され、第２のＭＯＳＦＥＴ２４が過電流の流通によって破壊されることは防止される。
【００２３】
制御部３０は、上記したソフトスタート制御を開始した後、そのソフトスタート制御の実行中において、電流センサ３２の出力信号に基づいて第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流を検出し、その電流値が所定値以上であるか否かを判別する。尚、この所定値は、ボディダイオード２８の順方向を正方向としてゼロ又はゼロよりも僅かに大きく設定されたゼロ以上の値である。そして、ソフトスタート制御の実行中、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のデューティをオフにしているときに、そのオフデューティ期間継続して第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流値がゼロ以上に設定された所定値以上にあるか否かを判別する。
【００２４】
第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ期間中は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２に充放電手段１２からコイル１８側へ向けて電流が流れる。この電流は、図２（Ｃ）に示す如く、第１のＭＯＳＦＥＴ２２がデューティオンである状態が長くなるほど大きくなる。また、第１のＭＯＳＦＥＴ２２がデューティオン状態からデューティオフ状態へ切り替わると、その後、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向すなわち接地側からコイル１８側へ向けて電流が流れ始める。この電流は、図２（Ｄ）に示す如く、第１のＭＯＳＦＥＴ２２の切替当初はその切替直前に第１のＭＯＳＦＥＴ２２に流れる電流とほぼ一致するが、その後は徐々に小さくなる。
【００２５】
第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れる状態が継続するときは、その第２のＭＯＳＦＥＴ２４がオン状態とされても、出力側の充放電手段１４からコイル１８を介して第２のＭＯＳＦＥＴ２４側へ大きな電流（過電流）が流れることはない。一方、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れない状態が一時期でもあるときは、その第２のＭＯＳＦＥＴ２４がオン状態とされると、出力側の充放電手段１４からコイル１８を介して第２のＭＯＳＦＥＴ２４側へ過電流が流れるおそれがある。
【００２６】
そこで、かかる過電流を防止すべく、本実施例のシステムにおいて、制御部３０は、ソフトスタート制御の実行中、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をデューティオフ状態にしているときに、そのオフデューティ期間に第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流の検出値がゼロ以上に設定された所定値未満になることがあると判別した場合は、以後もソフトスタート制御の実行を継続する。一方、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中継続して第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流の検出値がゼロ以上に設定された所定値以上であると判別した場合（図２において時刻ｔ１）は、その時点でソフトスタート制御を解除・終了させて、通常どおりの同期整流制御、すなわち、第１のＭＯＳＦＥＴ２２を所望のデューティ比でオンオフ駆動させかつ第２のＭＯＳＦＥＴ２４を第１のＭＯＳＦＥＴ２２に対して反転動作させる処理の実行へ移行させる。この場合には、次以降の第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中は第２のＭＯＳＦＥＴ２４がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行されることとなる。
【００２７】
図３は、上記の機能を実現すべく、本実施例のシステムにおいて制御部３０が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３に示すルーチンは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始後に起動されるルーチンである。図３に示すルーチンが起動されると、まずステップ７０の処理が実行される。
【００２８】
ステップ７０では、ソフトスタート制御の初期設定として、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ２２，２４の双方をオフ状態にすると共に、第１設定時間ｔｇ１を“０”にリセットする処理が実行される。尚、この第１設定時間ｔｇ１は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオン状態に維持すべき継続時間であり、後述のステップ７６における処理により変更される。本ステップ７０の処理が実行されると、次にステップ７２において、経過時間ｔを“０”にリセットする処理が実行される。
【００２９】
ステップ７４では、上記した第１設定時間ｔｇ１が、入力電圧と出力電圧とから定まる所望のデューティ比での、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオン状態に維持すべきオンデューティ時間ＴＧ１未満であるか否かが判別される。その結果、ｔｇ１＜ＴＧ１が成立すると判別された場合は、次にステップ７６の処理が実行される。一方、ｔｇ１＜ＴＧ１が成立しないと判別された場合は、次にステップ９２の処理が実行される。
【００３０】
ステップ７６では、第１設定時間ｔｇ１を所定時間“ａ”だけインクリメントすると共に、第２設定時間ｔｇ２を演算する処理が実行される。尚、所定時間“ａ”は、前回処理から今回処理までに要する時間である。また、第２設定時間ｔｇ２は、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオフ状態に維持すべき継続時間であり、第１設定時間ｔｇ１とデューティ周期ＴＷとを用いて次式（１）の如く演算される。
【００３１】
ｔｇ２＝ＴＷ−ｔｇ１                      ・・・（１）
ステップ７８では、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオン状態にする処理が実行される。そして、ステップ８０では、第１のＭＯＳＦＥＴ２２がオン状態にされてからの経過時間ｔが上記の第１設定時間ｔｇ１未満であるか否かが判別される。その結果、ｔ＜ｔｇ１が成立すると判別された場合は、上記ステップ７８の処理が繰り返し実行される。一方、上記の経過時間ｔが第１設定時間ｔｇ１に達することによりｔ＜ｔｇ１が成立しないと判別された場合は、次にステップ８２の処理が実行される。
【００３２】
ステップ８２では、第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオフ状態にする処理が実行されると共に、上記の経過時間ｔを“０”にリセットし、更に、フラグｆｌｇを“１”にセットする処理が実行される。このフラグｆｌｇは、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のボディダイオード２８の順方向に所定値以上の電流が流れていることを示すフラグである。
【００３３】
ステップ８４では、電流センサ３２を用いて検出される第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流Ｉ（Ｄ）が、ゼロ以上の値に設定された所定値Ｉｔｈを下回るか否かが判別される。その結果、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に向けて電流が流れることによりＩ（Ｄ）＜Ｉｔｈが成立しないと判別された場合は、次にステップ８８の処理が実行される。
【００３４】
ステップ８８では、上記ステップ８２において第１のＭＯＳＦＥＴ２２がオフ状態にされてからの経過時間ｔが上記ステップ７６で設定された第２設定時間ｔｇ２未満であるか否かが判別される。その結果、ｔ＜ｔｇ２が成立すると判別された場合は、上記ステップ８４の処理が繰り返し実行される。
【００３５】
一方、上記ステップ８４において第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に向けた電流が流れなくなり、Ｉ（Ｄ）＜Ｉｔｈが成立すると判別された場合は、次にステップ８６の処理が実行される。そして、ステップ８６では、上記のフラグｆｌｇを“０”にリセットする処理が実行される。本ステップ８６の処理が実行されると、次に上記のステップ８８の処理が実行される。
【００３６】
また、ステップ８８において、上記の経過時間ｔが第２設定時間ｔｇ２に達することによりｔ＜ｔｇ２が成立しないと判別された場合は、次にステップ９０の処理が実行される。ステップ９０では、上記のフラグｆｌｇが“１”にセットされているか否かが判別される。かかる処理時点でフラグｆｌｇが“０”にリセットされているときは、第１のＭＯＳＦＥＴ２２２のオフデューティ期間（ｔｇ２）中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に向けた電流が流れないときがあったと判断できるので、かかる否定判定がなされた場合は、ソフトスタート制御の実行を継続すべく、次に上記ステップ７２の処理が繰り返し実行される。一方、本ステップ９０の処理時点でフラグｆｌｇが“１”にセットされているときは、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間（ｔｇ２）中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に向けた電流が継続して流れていたと判断できるので、かかる肯定判定がなされた場合は、次にステップ９２の処理が実行される。
【００３７】
ステップ９２では、ソフトスタート制御を終了し、通常どおりの同期整流制御、すなわち、第１のＭＯＳＦＥＴ２２を所望のデューティ比でオンオフ駆動させつつかつ第２のＭＯＳＦＥＴ２４を第１のＭＯＳＦＥＴ２２に対して反転動作させる制御を開始する処理が実行される。本ステップ９２の処理が終了すると、今回の処理は終了される。
【００３８】
このような降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ１０を搭載するシステムによれば、動作開始後、ソフトスタート制御から同期整流制御への切り替えを、出力側の充放電手段１４から第２のＭＯＳＦＥＴ２４へ過電流を流すことなく適切に実現することができ、ソフトスタート制御の実行中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４へ過電流が流れるのを防止することができる。
【００３９】
また、本実施例のシステムにおいて、動作開始後、ソフトスタート制御を解除・終了させて同期整流制御を開始させるためには、第２のＭＯＳＦＥＴ２４に流れるボディダイオード２８の順方向への電流が第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中継続して所定値以上であることが必要であるが、この電流検出は、半導体スイッチング素子である第２のＭＯＳＦＥＴ２４の構造上ドレイン−ソース間に必然的に形成されるボディダイオード２８の両端に生ずる電圧に基づいて行われる。
【００４０】
このため、本実施例の構成によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０でのソフトスタート制御の終了を判断するための電流検出を行ううえで、シャント抵抗などの専用部品を経路上に別途設けることは不要であり、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０における部品点数の削減を図り、製造コストの低減や小型・軽量化，省スペース化を図ることが可能であると共に、シャント抵抗の存在による電力ロスの発生を抑えることが可能である。従って、本実施例のシステムによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始後におけるソフトスタート制御の解除・終了を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることが可能となっている。
【００４１】
尚、上記の第１実施例においては、一対のスイッチング素子２０並びに第１のＭＯＳＦＥＴ２２及び第２のＭＯＳＦＥＴ２４が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に、第１のＭＯＳＦＥＴ２２が特許請求の範囲に記載した「一方のスイッチング素子」に、第２のＭＯＳＦＥＴ２４が特許請求の範囲に記載した「他方のスイッチング素子」に、それぞれ相当している。
【００４２】
また、上記の第１実施例においては、制御部３０が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０について同期整流制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「通常制御実行手段」が、ソフトスタート制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御実行手段」が、電流センサ３２を用いて第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間にボディダイオード２８の順方向に流れる電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、ソフトスタート制御の実行中において第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合にソフトスタート制御を終了することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御終了手段」が、それぞれ実現されている。
【００４３】
ところで、上記の第１実施例においては、ソフトスタート制御を、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオンデューティ期間を徐々に増加させると共に、第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオフ状態に維持させるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示す如く、第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中、第２のＭＯＳＦＥＴ２４に流れるボディダイオード２８の順方向の電流が所定値以上であるときはその第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオンにし、その電流が所定値未満となった時点でその第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオフにするものとしてもよい。この場合、上記図３に示すルーチン中ステップ８２において第１のＭＯＳＦＥＴ２２をオフ状態にするのに加えて、第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオン状態にする処理が実行されると共に、ステップ８６においてフラグｆｌｇを“０”にリセットするのに加えて、第２のＭＯＳＦＥＴ２４をオフ状態にする処理が実行される。
【００４４】
かかる構成によれば、ソフトスタート制御の実行中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４がオン状態とされても、そのオン状態はボディダイオード２８の順方向に電流が流れているときにのみ実現されるので、出力側の充放電手段１４からその第２のＭＯＳＦＥＴ２４に過電流が流れ込むことは回避される。従って、この変形例においても、ソフトスタート制御の実行中に第２のＭＯＳＦＥＴ２４に過電流が流れるのを防止できる。
【００４５】
また、上記の第１実施例においては、電流センサ３２を用いて第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間に生ずる電位差を検出することによりその第２のＭＯＳＦＥＴ２４に流れる電流を検出し、その電流がボディダイオード２８の順方向に向けて所定値以上であるか否かを判別することとしているが、この電流センサ３２を、図５に示す如く、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン端子及びソース端子すなわちボディダイオード２８の両端子を反転入力端子及び非反転入力端子に接続したコンパレータ４０を設けたものとしてもよい。この場合、コンパレータ４０は、第２のＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン−ソース間に生ずる電位差に応じて信号を出力し、コイル１８と第１のＭＯＳＦＥＴ２２と第２のＭＯＳＦＥＴ２４との接続点の電圧が接地電圧よりも高い場合にオン信号を出力する。制御部３０は、ソフトスタート制御の実行中における第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中に、コンパレータ４０からオン信号が供給されたときは、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れないときがあったとして、ソフトスタート制御の実行を継続する一方、コンパレータ４０からオン信号が全く供給されなくなったときは、その期間中継続して第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れたとして、ソフトスタート制御の実行を解除・終了することとなる。
【００４６】
また、上記の実施例においては、第２のＭＯＳＦＥＴ２４を、ドレイン−ソース間にボディダイオード２８を形成させるものとしたが、この第２のＭＯＳＦＥＴ２４を、図６に示す如く、ボディダイオード２８のカソード端子を抵抗５０を介して接地させたセンスダイオードとしてもよい。この場合には、電流センサ３２として、抵抗５０の両端子を反転入力端子及び非反転入力端子に接続したコンパレータ５２を設け、このコンパレータ５２は、抵抗５０の両端間に生ずる電位差に応じて信号を出力し、ボディダイオード２８のカソード端子の電圧が接地電圧よりも高い場合にオン信号を出力する。制御部３０は、ソフトスタート制御の実行中における第１のＭＯＳＦＥＴ２２のオフデューティ期間中に、コンパレータ５２からオン信号が供給されたときは、第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れないときがあったとして、ソフトスタート制御の実行を継続する一方、コンパレータ４０からオン信号が全く供給されなくなったときは、その期間中継続して第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に電流が流れたとして、ソフトスタート制御の実行を解除・終了することとなる。
【００４７】
更に、同様に、図７に示す如く、第２のＭＯＳＦＥＴ２４をそのドレインに共通に接続する第３のＭＯＳＦＥＴ６０と共に一対のセンスＭＯＳ６２として構成することとしてもよい。かかる構成においては、第３のＭＯＳＦＥＴ６０が、第２のＭＯＳＦＥＴ２４と同一の基板上に形成され、第２のＭＯＳＦＥＴ２４に対して所定の分流比となるように所定の面積比に設定されることとなり、第２のＭＯＳＦＥＴ２４に流れる電流が増減変化したときに、その変化と同等の比率で第３のＭＯＳＦＥＴ６０に流れる電流も増減変化することとなる。この場合には、電流センサ３２として、第３のＭＯＳＦＥＴ６０にそのボディダイオード６４の順方向に流れる電流を検出する構成を設けると共に、制御部３０がその電流センサ３２を用いて間接的に第２のＭＯＳＦＥＴ２４にボディダイオード２８の順方向に流れる電流を検出するものとすればよい。
【実施例２】
【００４８】
図８は、本発明の第２実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図を示す。図８に示す如く、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、２つの充放電手段１０２，１０４の間に設けられており、入力側の充放電手段１０２から出力側の充放電手段１０４へ直流電力を昇圧して供給する直流−直流電圧変換器である。充放電手段１０２，１０４は、第１実施例の充放電手段１２，１４と同様に、車両の有する発電機などで生成された電力を蓄えるキャパシタや例えば１２ボルトや３００ボルトなどの電圧を有するバッテリであり、車両のヘッドライトやエアコン等の補機の駆動に利用される。
【００４９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、上記した２つの充放電手段１０２，１０４の間に設けられたリアクタンスＬのコイル１０８と、半導体から構成された一対のスイッチング素子１１０と、を備えている。一対のスイッチング素子１１０は、直列接続された第１のＭＯＳＦＥＴ１１２及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１４からなり、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２は、その一端がコイル１０８の一端に接続されかつ他端が接地され、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４は、その一端が出力側充放電手段１０４に接続されかつ他端がコイル１０８の一端に接続されたものとなっている。すなわち、コイル１０８の一端は、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２と第２のＭＯＳＦＥＴ１１４との接続点に接続されている。また、コイル１０８の他端は、入力側充放電手段１０２に接続されている。
【００５０】
第１のＭＯＳＦＥＴ１１２にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード１１６が、また、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード１１８が、それぞれ形成されている。ボディダイオード１１６は、接地側からコイル１０８の一端側及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１４側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。また、ボディダイオード１１８は、コイル１０８の一端側及び第１のＭＯＳＦＥＴ１１２側から充放電手段１０４へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。
【００５１】
第１のＭＯＳＦＥＴ１１２及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１４の各ゲートにはそれぞれ、それらのＭＯＳＦＥＴ１１２，１１４をスイッチング駆動する制御部１２０が接続されている。制御部１２０は、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１４それぞれをオンオフ駆動するドライバを有しており、後に詳述する如く、適宜ＤＣ−ＤＣコンバータ１００のスイッチングを制御して充放電手段１０２から充放電手段１０４への昇圧変換を実施させる。
【００５２】
制御部１２０には、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ１２２が接続されている。電流センサ１２２は、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード１１８のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部１２０へ向けて出力する。制御部１２０は、電流センサ１２２から供給される各電圧に基づいて、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４にボディダイオード１１８の順方向に流れる電流を検出する。
【００５３】
次に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作について説明する。本実施例において、制御部１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作開始後、定常時には、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１２，１１４を互いに反転動作させてオンオフのデューティ駆動を行う。すなわち、一方をオン駆動させるときは他方をオフ駆動させ、一方をオフ駆動させるときは他方をオン駆動させ、そして、そのオン・オフを所定周期で繰り返す同期整流制御を実行する。尚、上記したＭＯＳＦＥＴ１１２，１１４のオンオフの切り替え時には、両ＭＯＳＦＥＴ１１２，１１４が共にオン状態とならないようにデッドタイムを設けることとしてもよい。
【００５４】
同期整流制御の実行時において、制御部１２０は、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２に対するデューティ比γについて出力側充放電手段１０４の電圧と入力側充放電手段１０２の電圧との比が１／（１−γ）となる条件が満たされるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１００の制御を行う。このような同期整流制御によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作開始後の定常時において、スイッチング制御によって入力側充放電手段１０２の電圧を所望のとおり昇圧し、そして、入力側充放電手段１０２の有する電力を出力側充放電手段１０４に供給することが可能となる。
【００５５】
また、制御部１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作開始直後は、上記した同期整流制御に先立って、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２に対するデューティ比が、上記した条件を満たすものよりも小さいもの（例えばゼロ）からスタートされ、その後徐々に増大し、かつ、その第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオンデューティ期間を徐々に増加していく過程で第２のＭＯＳＦＥＴ１１４をオフ状態に維持させるＤＣ−ＤＣコンバータ１００のソフトスタート制御を実行する。この場合、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオンデューティ期間は、定常時におけるものよりも短いものからスタートされ、その後は徐々に増加されることとなる。
【００５６】
このようなソフトスタート制御によれば、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオンデューティ時間が動作開始直後に非常に短いものから増加していくときにも、同期整流制御時において第１のＭＯＳＦＥＴ１１２に対して反転動作する第２のＭＯＳＦＥＴ１１４のオンデューティ時間が非常に長いものからスタートすることはない。このため、動作開始時に第２のＭＯＳＦＥＴ１１４がオン状態になることによって出力側の充放電手段１０４から第２のＭＯＳＦＥＴ１１４側へ大きな電流（過電流）が流れることは回避され、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４が過電流の流通によって破壊されることは防止される。
【００５７】
制御部１２０は、上記したソフトスタート制御を開始した後、そのソフトスタート制御の実行中において、電流センサ１２２の出力信号に基づいて第２のＭＯＳＦＥＴ１１４にボディダイオード１１８の順方向に流れる電流を検出し、その電流値が所定値以上であるか否かを判別する。尚、この所定値は、ボディダイオード１１８の順方向を正方向としてゼロ以上に設定された値である。そして、ソフトスタート制御の実行中、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のデューティをオフにしているときに、そのオフデューティ期間継続して第２のＭＯＳＦＥＴ１１４にボディダイオード１１８の順方向に流れる電流値がゼロ以上に設定された所定値以上にあるか否かを判別する。
【００５８】
その結果、否定判定を行った場合は、以後もソフトスタート制御の実行を継続する一方、肯定判定を行った場合は、その時点でソフトスタート制御を解除・終了させて、通常どおりの同期整流制御、すなわち、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２を所望のデューティ比でオンオフ駆動させかつ第２のＭＯＳＦＥＴ１１４を第１のＭＯＳＦＥＴ１１２に対して反転動作させる処理の実行へ移行させる。この場合には、次以降の第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオフデューティ期間中は第２のＭＯＳＦＥＴ１１４がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行される。
【００５９】
このような昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ１００を搭載するシステムによれば、動作開始後、ソフトスタート制御から同期整流制御への切り替えを、出力側の充放電手段１０４から第２のＭＯＳＦＥＴ１１４へ過電流を流すことなく適切に実現することができ、ソフトスタート制御の実行中に第２のＭＯＳＦＥＴ１１４へ過電流が流れるのを防止することができる。
【００６０】
また、本実施例のシステムにおいて、動作開始後、ソフトスタート制御を解除・終了させて同期整流制御を開始させるためには、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４に流れるボディダイオード１１８の順方向への電流が第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオフデューティ期間中継続して所定値以上であることが必要であるが、この電流検出は、半導体スイッチング素子である第２のＭＯＳＦＥＴ１１４の構造上ドレイン−ソース間に必然的に形成されるボディダイオード１１８の両端に生ずる電圧に基づいて行われる。
【００６１】
このため、本実施例の構成においても、上記第１実施例の構成と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００でのソフトスタート制御の終了を判断するための電流検出を行ううえで、シャント抵抗などの専用部品を経路上に別途設けることは不要であり、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００における部品点数の削減を図り、製造コストの低減や小型・軽量化，省スペース化を図ることが可能であると共に、シャント抵抗の存在による電力ロスの発生を抑えることが可能である。従って、本実施例のシステムによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作開始後におけるソフトスタート制御の解除・終了を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることが可能となっている。
【００６２】
尚、上記の第２実施例においては、一対のスイッチング素子１１０並びに第１のＭＯＳＦＥＴ１１２及び第２のＭＯＳＦＥＴ１１４が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に、第１のＭＯＳＦＥＴ１１２が特許請求の範囲に記載した「一方のスイッチング素子」に、第２のＭＯＳＦＥＴ１１４が特許請求の範囲に記載した「他方のスイッチング素子」に、それぞれ相当している。
【００６３】
また、上記の第２実施例においては、制御部１２０が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００について同期整流制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「通常制御実行手段」が、ソフトスタート制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御実行手段」が、電流センサ１２２を用いて第２のＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン−ソース間にボディダイオード１１８の順方向に流れる電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、ソフトスタート制御の実行中において第１のＭＯＳＦＥＴ１１２のオフデューティ期間中に第２のＭＯＳＦＥＴ１１４にボディダイオード１１８の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合にソフトスタート制御を終了することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御終了手段」が、それぞれ実現されている。
【実施例３】
【００６４】
図９は、本発明の第３実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図を示す。図９に示す如く、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、２つの充放電手段２０２，２０４の間に設けられており、充放電手段２０２と充放電手段１０４との間で直流電力を昇圧又は降圧して供給する双方向の直流−直流電圧変換器である。充放電手段２０２，２０４は、第１実施例の充放電手段１２，１４と同様に、車両の有する発電機などで生成された電力を蓄えるキャパシタや例えば１２ボルトや３００ボルトなどの電圧を有するバッテリであり、車両のヘッドライトやエアコン等の補機の駆動に利用される。
【００６５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、上記した２つの充放電手段２０２，２０４の間に設けられたリアクタンスＬのコイル２０８と、半導体から構成された４つのスイッチング素子である第１〜第４のＭＯＳＦＥＴ２１１〜２１４と、を備えている。第１のＭＯＳＦＥＴ２１１は、その一端が充放電手段２０２に接続されかつ他端がコイル２０８の一端に接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ２１２は、その一端がコイル２０８の一端に接続されかつ他端が接地され、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３は、その一端が充放電手段２０４に接続され他端がコイル２０８の他端に接続され、また、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４は、その一端がコイル２０８の他端に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。すなわち、コイル２０８は、その一端が第１のＭＯＳＦＥＴ２１１と第２のＭＯＳＦＥＴ２１２との接続点に接続されかつ他端が第３のＭＯＳＦＥＴ２１３と第４のＭＯＳＦＥＴ２１４との接続点に接続されたものとなっている。
【００６６】
第１のＭＯＳＦＥＴ２１１にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２１６が、第２のＭＯＳＦＥＴ２１２にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２１７が、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２１８が、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード２１９が、それぞれ形成されている。ボディダイオード２１６はコイル２０８の一端側及び第２のＭＯＳＦＥＴ２１２側から充放電手段２０２へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、ボディダイオード２１７は接地側からコイル２０８の一端側及び第１のＭＯＳＦＥＴ２１１側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、ボディダイオード２１８はコイル２０８の他端側及び第４のＭＯＳＦＥＴ２１４側から充放電手段２０４へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、また、ボディダイオード２１９は接地側からコイル２０８の他端側及び第３のＭＯＳＦＥＴ２１３側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。
【００６７】
第１及び第４のＭＯＳＦＥＴ２１１〜２１４の各ゲートにはそれぞれ、それらのＭＯＳＦＥＴ２１１〜２１４をスイッチング駆動する制御部２２０が接続されている。制御部２２０は、第１〜第４のＭＯＳＦＥＴ２１１〜２１４それぞれをオンオフ駆動するドライバを有しており、後に詳述する如く、適宜ＤＣ−ＤＣコンバータ２００のスイッチングを制御して充放電手段２０２と充放電手段２０４との間で降圧変換及び昇圧変換を双方向に実施させる。
【００６８】
制御部２２０には、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ２２１、第２のＭＯＳＦＥＴ２１２のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ２２２、及び、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ２２３、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ２２４が接続されている。電流センサ２２１は、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード２１６のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部２２０へ向けて出力する。電流センサ２２２は、第２のＭＯＳＦＥＴ２１２のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード２１７のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部２２０へ向けて出力する。電流センサ２２３は、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード２１８のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部２２０へ向けて出力する。また、電流センサ２２４は、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード２１９のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部２２０へ向けて出力する。制御部２２０は、電流センサ２２１から供給される各電圧に基づいて第１のＭＯＳＦＥＴ２１１にボディダイオード２１６の順方向に流れる電流を検出すると共に、同様に、電流センサ２２２〜２２４から供給される各電圧に基づいて第２のＭＯＳＦＥＴ２１２〜第４のＭＯＳＦＥＴ２１４にボディダイオード２１７〜２１９の順方向に流れる電流をそれぞれ検出する。
【００６９】
次に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００の動作について説明する。本実施例において、制御部２２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を用いて充放電手段２０２から充放電手段２０４への電力供給を行う動作開始後、定常時の降圧時には、まず、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３をオン状態にかつ第４のＭＯＳＦＥＴ２１４をオフ状態に固定した上で、次に、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１と第２のＭＯＳＦＥＴ２１２とを互いに反転動作させてオンオフのデューティ駆動を行う同期整流制御を実行する。また、定常時の昇圧時には、まず、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１をオン状態にかつ第２のＭＯＳＦＥＴ２１２をオフ状態に固定した上で、次に、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３と第４のＭＯＳＦＥＴ２１４とを互いに反転動作させてオンオフのデューティ駆動を行う同期整流制御を実行する。
【００７０】
制御部２２０は、降圧時は、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１に対するデューティ比γが充放電手段２０４の電圧と充放電手段２０２の電圧との比になるように、また昇圧時は、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４に対するデューティ比γについて充放電手段２０４の電圧と充放電手段２０２の電圧との比が１／（１−γ）となる条件が満たされるようにＤＣ−ＤＣコンバータ２００の制御を行う。このような同期整流制御によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の動作開始後の定常時において、スイッチング制御によって充放電手段２０２の電圧を所望のとおり降圧或いは昇圧し、そして、充放電手段２０２の有する電力を充放電手段２０４に供給することが可能となる。
【００７１】
また、制御部２２０は、上記したＤＣ−ＤＣコンバータ２００の動作開始直後、同期整流制御に先立って、降圧時は、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１に対するデューティ比を、上記した条件を満たすものよりも小さいもの（例えばゼロ）からスタートし、その後徐々に増大し、かつその第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のオンデューティ期間を徐々に増加していく過程で第２のＭＯＳＦＥＴ２１２をオフ状態に維持させる、また昇圧時は、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４に対するデューティ比を、上記した条件を満たすものよりも小さいもの（例えばゼロ）からスタートし、その後徐々に増大し、かつその第４のＭＯＳＦＥＴ２１１のオンデューティ期間を徐々に増加していく過程で第３のＭＯＳＦＥＴ２１３をオフ状態に維持させるＤＣ−ＤＣコンバータ２００のソフトスタート制御を実行する。
【００７２】
このようなソフトスタート制御によれば、降圧時は第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のオンデューティ時間が、また昇圧時は第４のＭＯＳＦＥＴのオンデューティ期間が動作開始直後に非常に短いものから増加していくときにも、同期整流制御時において第１のＭＯＳＦＥＴ２１１に対して反転動作する第２のＭＯＳＦＥＴ２１２のオンデューティ時間や、第４のＭＯＳＦＥＴ２１４に対して反転動作する第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のオンデューティ時間が非常に長いものからスタートすることはない。このため、充放電手段２０２から充放電手段２０４への電力供給を行う動作開始時に、降圧時は第２のＭＯＳＦＥＴ２１２が、昇圧時は第３のＭＯＳＦＥＴ２１３がオン状態になることによって充放電手段２０４から過電流が流れることは回避され、第２及び第３のＭＯＳＦＥＴ２１２，２１３が過電流の流通によって破壊されることは防止される。
【００７３】
制御部２２０は、上記したソフトスタート制御を開始した後、そのソフトスタート制御の実行中において、降圧時は電流センサ２２２の出力信号に基づいて第２のＭＯＳＦＥＴ２１２にボディダイオード２１７の順方向に流れる電流を検出し、その電流値が所定値以上であるか否かを判別する。尚、この所定値は、ボディダイオード２１７の順方向を正方向としてゼロ以上に設定された値である。そして、ソフトスタート制御の実行中、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のデューティをオフにしているときに、そのオフデューティ期間継続して第２のＭＯＳＦＥＴ２１２にボディダイオード２１７の順方向に流れる電流値がゼロ以上に設定された所定値以上にあるか否かを判別する。その結果、否定判定を行った場合は、以後もソフトスタート制御の実行を継続する一方、肯定判定を行った場合は、その時点でソフトスタート制御を解除・終了させて、通常どおりの同期整流制御を実行させる。この場合には、次以降の第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のオフデューティ期間中は第２のＭＯＳＦＥＴ２１２がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行される。
【００７４】
また、昇圧時は、電流センサ２２３の出力信号に基づいて第３のＭＯＳＦＥＴ２１３にボディダイオード２１８の順方向に流れる電流を検出することにより、上記した降圧時と同様の手法で、ソフトスタート制御の実行継続や解除・終了についての判別を行う。そして、ソフトスタート制御の解除・終了条件が成立した場合は、次以降の第４のＭＯＳＦＥＴ２１４のオフデューティ期間中は第３のＭＯＳＦＥＴ２１３がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行される。
【００７５】
尚、逆に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を用いて充放電手段２０４から充放電手段２０２への電力供給を行う場合にも同様の処理を行う。このため、充放電手段２０４から充放電手段２０２への電力供給を行う際、同期整流制御によれば、その動作開始後の定常時において、スイッチング制御によって充放電手段２０４の電圧を所望のとおり降圧或いは昇圧し、そして、充放電手段２０４の有する電力を充放電手段２０２に供給することが可能となり、また、ソフトスタート制御によれば、降圧時は第１のＭＯＳＦＥＴ２１１がオン状態になることによって、また昇圧時は第４のＭＯＳＦＥＴ２１４がオン状態になることによって充放電手段２０２からの過電流は回避されるため、第１及び第４のＭＯＳＦＥＴ２１１，２１４が過電流の流通によって破壊されることは防止される。
【００７６】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を用いて充放電手段２０４から充放電手段２０２への電力供給を行う状況では、ソフトスタート制御の実行中、降圧時は電流センサ２２４の出力信号に基づいて第４のＭＯＳＦＥＴ２１４にボディダイオード２１９の順方向に流れる電流を検出し、その電流値が所定値以上であるか否かを判別する。そして、ソフトスタート制御の実行中、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のデューティをオフにしているときに、そのオフデューティ期間継続して第４のＭＯＳＦＥＴ２１４にボディダイオード２１９の順方向に流れる電流値がゼロ以上に設定された所定値以上にあるか否かを判別する。その結果、否定判定を行った場合は、以後もソフトスタート制御の実行を継続する一方、肯定判定を行った場合は、その時点でソフトスタート制御を解除・終了させて、通常どおりの同期整流制御を実行させる。この場合には、次以降の第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のオフデューティ期間中は第４のＭＯＳＦＥＴ２１４がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行される。
【００７７】
また、昇圧時は、電流センサ２２１の出力信号に基づいて第１のＭＯＳＦＥＴ２１１にボディダイオード２１６の順方向に流れる電流を検出することにより、上記した降圧時と同様の手法で、ソフトスタート制御の実行継続や解除・終了についての判別を行う。そして、ソフトスタート制御の解除・終了条件が成立した場合は、次以降の第２のＭＯＳＦＥＴ２１２のオフデューティ期間中は第１のＭＯＳＦＥＴ２１１がデューティオン状態とされて、同期整流制御が実行される。
【００７８】
このように昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２００を搭載するシステムによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００でのソフトスタート制御の終了を判断するための電流検出を行ううえで、シャント抵抗などの専用部品を経路上に別途設けることは不要であり、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における部品点数の削減を図り、製造コストの低減や小型・軽量化，省スペース化を図ることが可能であると共に、シャント抵抗の存在による電力ロスの発生を抑えることが可能である。従って、本実施例のシステムによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の動作開始後におけるソフトスタート制御の解除・終了を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることが可能となっている。
【００７９】
尚、上記の第３実施例においては、第１のＭＯＳＦＥＴ２１１及び第２のＭＯＳＦＥＴ２１２又は第３のＭＯＳＦＥＴ２１３及び第４のＭＯＳＦＥＴ２１４が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に、充放電手段２０２から充放電手段２０４への降圧時には第１のＭＯＳＦＥＴ２１１が、昇圧時には第４のＭＯＳＦＥＴ２１４が、充放電手段２０４から充放電手段２０２への降圧時には第３のＭＯＳＦＥＴ２１３が、昇圧時には第２のＭＯＳＦＥＴ２１２が、特許請求の範囲に記載した「一方のスイッチング素子」に、充放電手段２０２から充放電手段２０４への降圧時には第２のＭＯＳＦＥＴ２１２が、昇圧時には第３のＭＯＳＦＥＴ２１３が、充放電手段２０４から充放電手段２０２への降圧時には第４のＭＯＳＦＥＴ２１４が、昇圧時には第１のＭＯＳＦＥＴ２１１が、特許請求の範囲に記載した「他方のスイッチング素子」に、それぞれ相当している。
【００８０】
また、上記の第３実施例においては、制御部２２０が、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００について同期整流制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「通常制御実行手段」が、ソフトスタート制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御実行手段」が、電流センサ２２１〜２２４を用いて第１〜第４のＭＯＳＦＥＴ２１１〜２１４のドレイン−ソース間にボディダイオード２１６〜２１９の順方向に流れる電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、ソフトスタート制御の実行中において第１のＭＯＳＦＥＴ２１１のオフデューティ期間中に第２のＭＯＳＦＥＴ２１２にボディダイオード２１７の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合、第２のＭＯＳＦＥＴ２１２のオフデューティ期間中に第１のＭＯＳＦＥＴ２１１にボディダイオード２１６の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合、第３のＭＯＳＦＥＴ２１３のオフデューティ期間中に第４のＭＯＳＦＥＴ２１４にボディダイオード２１９の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合、又は第４のＭＯＳＦＥＴ２１４のオフデューティ期間中に第３のＭＯＳＦＥＴ２１３にボディダイオード２１８の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合にソフトスタート制御を終了することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御終了手段」が、それぞれ実現されている。
【実施例４】
【００８１】
図１０は、本発明の第４実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図を示す。図１０に示す如く、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、２つの充放電手段３０２，３０４の間に設けられており、入力側の充放電手段３０２から出力側の充放電手段３０４へ直流電力を降圧して供給する２フェーズのマルチフェーズ型直流−直流電圧変換器である。充放電手段３０２，３０４は、第１実施例の充放電手段１２，１４と同様に、車両の有する発電機などで生成された電力を蓄えるキャパシタや例えば１２ボルトや３００ボルトなどの電圧を有するバッテリであり、車両のヘッドライトやエアコン等の補機の駆動に利用される。
【００８２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、上記した２つの充放電手段３０２，３０４の間に設けられたリアクタンスＬのコイル３０８，３１０と、半導体から構成された４つのスイッチング素子である第１〜第４のＭＯＳＦＥＴ３１１〜３１４と、を備えている。第１のＭＯＳＦＥＴ３１１はその一端が入力側充放電手段３０２に接続されかつ他端がコイル３０８の一端に接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ３１２はその一端がコイル３０８の一端に接続されかつ他端が接地され、第３のＭＯＳＦＥＴ３１３はその一端が入力側充放電手段３０２に接続されかつ他端がコイル３１０の一端に接続され、また、第４のＭＯＳＦＥＴ３１４はその一端がコイル３１０の一端に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。すなわち、コイル３０８の一端は第１のＭＯＳＦＥＴ３１１と第２のＭＯＳＦＥＴ３１２との接続点に接続され、コイル３１０の一端は第３のＭＯＳＦＥＴ３１３と第４のＭＯＳＦＥＴ３１４との接続点に接続されている。また、コイル３０８の他端及びコイル３１０の他端は共に、出力側充放電手段３０４に接続されている。
【００８３】
第１のＭＯＳＦＥＴ３１１にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード３１６が、第２のＭＯＳＦＥＴ３１２にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード３１７が、第３のＭＯＳＦＥＴ３１３にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード３１８が、第４のＭＯＳＦＥＴ３１４にはそのソース−ドレイン間にボディダイオード３１９が、それぞれ形成されている。ボディダイオード３１６はコイル３０８の一端側及び第２のＭＯＳＦＥＴ３１２側から充放電手段３０２へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、ボディダイオード３１７は接地側からコイル３０８の一端側及び第１のＭＯＳＦＥＴ３１１側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、ボディダイオード３１８はコイル３１０の他端側及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１４側から充放電手段３０２へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードであり、また、ボディダイオード３１９は接地側からコイル３１０の他端側及び第３のＭＯＳＦＥＴ３１３側へ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードである。
【００８４】
第１及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１１〜３１４の各ゲートにはそれぞれ、それらのＭＯＳＦＥＴ３１１〜３１４をスイッチング駆動する制御部３２０が接続されている。制御部３２０は、第１〜第４のＭＯＳＦＥＴ３１１〜３１４それぞれをオンオフ駆動するドライバを有しており、後に詳述する如く、適宜ＤＣ−ＤＣコンバータ３００のスイッチングを制御して充放電手段３０２から充放電手段３０４への降圧変換を実施させる。
【００８５】
制御部３２０には、第２のＭＯＳＦＥＴ３１２のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ３２２、及び、第４のＭＯＳＦＥＴ３１４のドレイン−ソース間に流れる電流を検出するための電流センサ３２４が接続されている。電流センサ３２２は、第２のＭＯＳＦＥＴ３１２のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード３１７のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部３２０へ向けて出力する。また、電流センサ３２４は、第４のＭＯＳＦＥＴ３１４のドレイン電圧及びソース電圧すなわちボディダイオード３１９のアノード端子及びカソード端子の各電圧を制御部３２０へ向けて出力する。制御部３２０は、電流センサ３２２から供給される各電圧に基づいて第２のＭＯＳＦＥＴ３１２にボディダイオード３１７の順方向に流れる電流を検出すると共に、電流センサ３２４から供給される各電圧に基づいて第４のＭＯＳＦＥＴ３１４にボディダイオード３１９の順方向に流れる電流を検出する。
【００８６】
本実施例において、制御部３２０は、コイル３０８並びに第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ３１１，３１２側と、コイル３１０並びに第３及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１３，３１４側とに対して互いに位相をずらしつつ、上記第１実施例と同様の処理を実行し、同期整流制御及びソフトスタート制御を行う。従って、本実施例のシステムにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００の動作開始後、ソフトスタート制御から同期整流制御への切り替えを、出力側の充放電手段３０４から第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４へ過電流を流すことなく適切に実現することができ、ソフトスタート制御の実行中に第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４へ過電流が流れるのを防止することができると共に、更には、スイッチング周波数を２倍に上げたのと同様の効果を得ることができる。
【００８７】
また、このシステムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００の動作開始後、ソフトスタート制御を解除・終了させて同期整流制御を開始させるためには、第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４に流れるボディダイオード３１７，３１９の順方向への電流が第１及び第３のＭＯＳＦＥＴ３１１，３１３のオフデューティ期間中継続して所定値以上であることが必要であるが、この電流検出は、半導体スイッチング素子である第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４の構造上ドレイン−ソース間に必然的に形成されるボディダイオード３１７，３１９の両端に生ずる電圧に基づいて行われる。このため、本実施例の構成によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００でのソフトスタート制御の終了を判断するための電流検出を行ううえで、シャント抵抗などの専用部品を経路上に別途設けることは不要であり、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００における部品点数の削減を図り、製造コストの低減や小型・軽量化，省スペース化を図ることが可能であると共に、シャント抵抗の存在による電力ロスの発生を抑えることが可能である。従って、本実施例のシステムにおいても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００の動作開始後におけるソフトスタート制御の解除・終了を、電流検出専用の部品を別途に設けることなく適切に実現させることが可能となっている。
【００８８】
尚、上記の第４実施例においては、第１のＭＯＳＦＥＴ３１１及び第２のＭＯＳＦＥＴ３１２並びに第３のＭＯＳＦＥＴ３１３及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１４が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に、第１のＭＯＳＦＥＴ３１１及び第３のＭＯＳＦＥＴ３１３が特許請求の範囲に記載した「一方のスイッチング素子」に、第２のＭＯＳＦＥＴ３１２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１４が特許請求の範囲に記載した「他方のスイッチング素子」に、それぞれ相当している。
【００８９】
また、上記の第４実施例においては、制御部３２０が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３００について同期整流制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「通常制御実行手段」が、ソフトスタート制御を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御実行手段」が、電流センサ３２２，３２４を用いて第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４のドレイン−ソース間にボディダイオード３１７，３１９の順方向に流れる電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、ソフトスタート制御の実行中において第１及び第３のＭＯＳＦＥＴ３１１，３１３のオフデューティ期間中に第２及び第４のＭＯＳＦＥＴ３１２，３１４にボディダイオード３１７，３１９の順方向に流れる電流が所定値以上である状態が継続する場合にソフトスタート制御を終了することにより特許請求の範囲に記載した「ソフトスタート制御終了手段」が、それぞれ実現されている。
【００９０】
ところで、上記の第４実施例においては、フェーズ数を２つにすることとしているが、３つ以上のフェーズ数としてもよい。また、マルチフェーズ型のＤＣ−ＤＣコンバータ３００を降圧型のものとしたが、昇圧型や昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータに適用することとしてもよい。
【００９１】
また、上記の第２〜第４実施例においても、上記の第１実施例と同様に、電流センサやスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴに図５乃至図７に示す構成を適用することとしてもよい。
【００９２】
更に、上記の第２〜第４実施例においても、ソフトスタート制御を、一方のＭＯＳＦＥＴのオンデューティ期間を徐々に増加させると共に、そのＭＯＳＦＥＴのオフデューティ期間中、他方のＭＯＳＦＥＴに流れるボディダイオードの順方向の電流が所定値未満であるときはその他方のＭＯＳＦＥＴをオフし、一方、その電流が所定値以上であるときはその他方のＭＯＳＦＥＴをオンにするものとしてもよい。かかる構成においても、ソフトスタート制御の実行中、一方のＭＯＳＦＥＴのオフデューティ期間中に他方のＭＯＳＦＥＴがオン状態とされても、そのオン状態はボディダイオードの順方向に電流が流れているときにのみ実現されるので、充放電手段からその他方のＭＯＳＦＥＴに過電流が流れ込むことは回避されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図２】本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの動作タイミングチャートである。
【図３】本実施例において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図４】本発明の変形例であるＤＣ−ＤＣコンバータの動作タイミングチャートである。
【図５】本発明の変形例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図６】本発明の変形例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図７】本発明の変形例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図８】本発明の第２実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図９】本発明の第３実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図１０】本発明の第４実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの制御装置を備えるシステムの構成図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０，１００，２００，３００  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２，１４，１０２，１０４，２０２，２０４，３０２，３０４  充放電手段
１８，１０８，２０８，３０８，３１０  コイル
２０  一対のスイッチング素子
２２，１１２，２１１，３１１  第１のＭＯＳＦＥＴ
２４，１１４，２１２，３１２  第２のＭＯＳＦＥＴ
２６，２８，１１６，１１８，２１６〜２１９，３１６〜３１９  ボディダイオード
３０，１２０，２２０，３２０  制御部
３２，１２２，２２１，２２２，２２３，２２４，３２２，３２４  電流センサ
２１３，３１３  第３のＭＯＳＦＥＴ
２１４，３１４  第４のＭＯＳＦＥＴ
【図１】
2007020327.tif 000003
【図２】
2007020327.tif 000004
【図３】
2007020327.tif 000005
【図４】
2007020327.tif 000006
【図５】
2007020327.tif 000007
【図６】
2007020327.tif 000008
【図７】
2007020327.tif 000009
【図８】
2007020327.tif 000010
【図９】
2007020327.tif 000011
【図１０】
2007020327.tif 000012