(57)【要約】【課題】従来のＤＣＤＣコンバータ応用システムにおいては、用途ごとにＤＣＤＣコンバータが必要であった。たとえば２次電池の充放電制御の場合、充電用と放電用（利用時）２つのＤＣＤＣコンバータが必要であり、それぞれ構成部品を備える必要があった。【解決手段】本発明は、１次側電圧源と２次側電圧源との間に接続された降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路において、負荷回路、ダイオード素子、半導体スイッチ素子、およびこれらを制御する制御回路、などを適所に配置、制御することにより、２つの用途に共有できるＤＣＤＣコンバータを実現したものである。【選択図】図１
2012085502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側直流電圧源（またはその端子）と２次側直流電圧源（またはその端子）、との間に接続された降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路と、２次側に接続されたスイッチつき負荷回路（またはその端子）と、該負荷回路と２次側直流電圧源との間に順方向接続されたダイオード素子と、２次側から１次側へ順方向接続されたダイオード素子と、該ＤＣＤＣコンバータおよび負荷回路スイッチを制御する制御回路で構成されることを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。
【請求項２】
１次側直流電圧源（またはその端子）と２次側直流電圧源（またはその端子）との間に接続された半導体スイッチ素子１を含む降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路と、１次側に接続された負荷回路（またはその端子）と、該ＤＣＤＣコンバータと接地間に接続された半導体スイッチ素子２と、該ＤＣＤＣコンバータ、該半導体スイッチ素子１，２を制御する制御回路、で構成され、降圧動作時には半導体スイッチ素子２をＯＦＦ、または半導体スイッチ１と相補的に駆動し、昇圧動作時には半導体スイッチ素子１をＯＦＦに制御することを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、二つの用途に共有可能なＤＣＤＣコンバータの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、ＤＣＤＣコンバータ応用システムにおいては用途（目的）ごとにＤＣＤＣコンバータを用いている。
たとえば２次電池の充電制御とその電池によるＬＥＤ照明（放電制御）を行うシステムの場合、充電制御用ＤＣＤＣコンバータとＬＥＤ照明制御用ＤＣＤＣコンバータの二つが必要であった。（非特許文献１）。
また電力系のＤＣＤＣコンバータにおいては、双方向の用途を持ち、その構成要素にトランスを用いて、その１次側と２次側に整流平滑部を設けた双方向コンバータの例や１次側と２次側に電力変換部をもうけるなどの例（特許文献１、２）がある。【０００３】    非特許文献１においては、図３（該文献１のＰ６、Ｆｉｇ１を再掲）が示すようにＤＣＤＣコンバータ＃１をＬＥＤ照明の制御に、ＤＣＤＣコンバータ＃２を２次電池の充電制御に用いている。各ＤＣＤＣコンバータはそれぞれマイコン内蔵のＰＷＭ１、２端子に接続され、マイコン内蔵のソフトウエアによってＰＷＭ制御されている。具体的回路図は図４（該文献１のＰ１１を再掲）に示されている。
また特許文献１においては、構成として１次側電源の入出力端子に接続され、電力変換動作を行う１次側変換部と、２次側電源の入出力端子に接続され、電力変換動作を行う２次側変換部と、１次側変換部と２次側変換部を接続する結合部と、１次側変換部、２次側変換部、結合部からの検出値を入力し、その検出値が与えられた指令値と一致するように１次側変換部、或いは２次側変換部を制御する制御部とを備える、ことが示されている。
さらに特許文献２においては、構成として第一の直流電圧源と第二の直流電圧源との間で双方向に、電圧を所定の値に変換するトランスと、トランスの第二の直流電圧源側に備えられる第二整流平滑部と、トランスの第一の直流電圧源側に備えられる第一整流平滑部とを備える、ことが示されており、第一整流平滑部は、第二の直流電圧源から第一の直流電圧源に電力エネルギーを伝達する場合に、トランスの第一の２次電流を整流し、第二整流平滑部は、第一の直流電圧源から第二の直流電圧源に電力エネルギーを伝達する場合に、トランスの第二の２次電流を整流する、ことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】  特許第４０９４６４９号
【特許文献２】  特願２００８−５９１３７
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】  Ａ  Ｍｉｎｅｒ’ｓ  Ｌａｍｐ  Ｕｓｉｎｇ  ＭＣ９Ｓ０８ＱＧ４（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏｔｅ  ＡＮ３６０１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来のＤＣＤＣコンバータ応用システムにおいては、用途（目的）ごとにＤＣＤＣコンバータが必要であり、前述の２次電池の充放電制御の場合、充電時と放電時で各々専用のＤＣＤＣコンバータが必要であり、それぞれ構成部品を備える必要があった。また電力系ＤＣＤＣコンバータにおいては１次側と２次側の間、または双方にトランスや整流平滑部、または電力変換部などを設ける必要があった。このため構成が複雑となり、高価格化や重量化する傾向にあった。【０００７】  本発明は、このような問題点に鑑み為されたものであり、小型軽量かつ簡易な構成で、ひとつのＤＣＤＣコンバータを２つ以上の用途（目的）に共有するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明の第一の手段は、１次側直流電圧源と２次側直流電圧源との間に接続された降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路と、２次側に接続されたスイッチつき負荷回路と、該負荷回路と２次側直流電圧源との間に順方向接続されたダイオード素子１と、２次側から１次側へ順方向接続されたダイオード素子２と、該ＤＣＤＣコンバータおよび負荷回路スイッチを制御する制御回路で構成される。【０００９】  上記第一の課題解決手段による作用を以下説明する。例として、１次直流電圧源としては直流電源を、２次側直流電圧源として２次電池、また負荷回路としては照明用ＬＥＤを仮定する。制御回路の制御のもとに、１次側直流電圧は降圧型ＤＣＤＣコンバータにより降圧されて２次側に伝わり、２次側直流電圧源である２次電池を充電する。充電が終了すると、制御回路は負荷回路スイッチをＯＮにする。すると２次側の２次電池から１次側へ順方向接続されたダイオード素子を通して電圧が伝わり、降圧型ＤＣＤＣコンバータにより降圧されて負荷回路に伝わり照明用ＬＥＤが点灯する。負荷回路と２次側直流電圧源との間に順方向接続されたダイオード素子があるので２次側直流電圧源から負荷回路へ直接電流が逆流することはない。充電終了検出やＬＥＤ電流の制御などの各部動作は制御回路で行う。【００１０】  また本発明の第二の手段は、１次側直流電圧源と２次側直流電圧源との間に接続された半導体スイッチ素子１を含む降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路と、１次側に接続されたスイッチつき負荷回路と、該ＤＣＤＣコンバータと接地間に接続された半導体スイッチ素子２と、該ＤＣＤＣコンバータ、該半導体スイッチ素子、および負荷回路スイッチなどを制御する制御回路で構成される。【００１１】  上記第二の課題解決手段による作用は次のとおりである。制御回路の制御のもとに、１次側直流電圧は半導体スイッチ１を含む降圧型ＤＣＤＣコンバータにより降圧されて２次側に伝わり、２次側直流電圧源である２次電池を充電する。充電が終了すると、制御回路により、降圧型ＤＣＤＣコンバータの半導体スイッチ１をＯＦＦ、負荷回路スイッチをＯＮにして、該ＤＣＤＣコンバータと接地間に接続された半導体スイッチ素子２を駆動する。すると２次側から１次側へ昇圧型ＤＣＤＣコンバータが構成され、２次電池の電圧が昇圧されて負荷回路に伝わり照明用ＬＥＤが点灯する。充電終了検出やＬＥＤ電流の制御などの各部動作は制御回路で行う。
なお、上記負荷回路スイッチは、充電中も負荷回路に電力供給するような用途においては不要である。
第一第二の解決手段において、１次２次直流電圧源および負荷回路はそれらを接続することを前提とした端子であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】  上述したように本発明のＤＣＤＣコンバータによれば、小型軽量かつ簡易な構成で、ひとつのＤＣＤＣコンバータを２つの用途に共有することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す回路図
【図３】従来のＤＣＤＣコンバータのブロック図（非特許文献１、Ｐ６、Ｆｉｇ１の再掲）
【図４】従来のＤＣＤＣコンバータの回路図（非特許文献１、Ｐ１１、回路図の再掲）
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下本発明の実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。
【００１５】  図１は本発明の第１の実施形態を示す回路であって、昼間は太陽電池などの外部電源からの電力を２次電池に充電し、夜間になると、充電した電力で照明用ＬＥＤを点灯するＤＣＤＣコンバータ応用システムを仮定する。外部電源すなわち１次側直流電圧源はＶｉｎ、Ｇｎｄ端子間に接続される。Ｒ１，Ｒ２，Ｍ１，Ｍ３，Ｄ５，Ｌ１，Ｃ１は降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路を構成する。Ｄ４，Ｍ２，Ｒ３はスイッチつき負荷回路であり、Ｄ４は照明用ＬＥＤであり、ＬＥＤｈ−Ｌ間に接続される。Ｍ２はスイッチである。Ｄ３は負荷回路と２次側直流電圧源との間に順方向接続されたダイオード素子１である。ＢＡＴは２次電池であり、ＢａｔＨ−Ｌ端子間に接続され、Ｒ４とともに２次側直流電圧源を構成する。
Ｕ１、Ｃ３、Ｃ４は安定化電源回路、Ｕ２は制御プログラム内蔵マイコンであり電源端子７，８と出力端子５，４、入力端子３，２，１を有する。出力端子５はマイコン内蔵ＰＷＭの出力になっている。入力端子３，２，１はマイコン内蔵ＡＤコンバータの入力に接続されている。Ｒ５は明るさを検出するセンサーである。Ｄ１は２次側から１次側へ順方向接続されたダイオード素子２である。Ｄ２は逆流防止のためのダイオードである。
【００１６】  上記第一の実施形態による作用は次のとおりである。制御回路、すなわちプログラム内蔵マイコンＵ２の制御により、１次側直流電圧は降圧型ＤＣＤＣコンバータで降圧されて２次側に伝わり、２次側直流電圧源である２次電池を充電する。充電時の充電電流はＲ４で検出され、所定の値になるように制御回路を介してＤＣＤＣコンバータのスイッチＭ３、Ｍ１へフィードバックされる。明るさセンサーＲ５により暗くなったことが検出されると、負荷回路スイッチＭ２がＯＮになる。すると２次電池から１次側へ順方向接続されたダイオード素子を通して電圧が伝わり、降圧型ＤＣＤＣコンバータにより降圧されて負荷回路に供給され、照明用ＬＥＤが点灯する。このとき、１次側直流電圧は消失（太陽電池のため）している。ＬＥＤ電流はＲ３で検出され所定の値になるように制御回路を介して負荷回路のスイッチＭ２へフィードバックされる。負荷回路と２次側直流電圧源との間に順方向接続されたダイオード素子があるので２次側直流電圧源から負荷回路へ直接電流が逆流することはない。充電時とＬＥＤ点灯時のＤＣＤＣコンバータの降圧比は、一般に異なるが、制御回路のＰＷＭ出力周波数やパルスＯＮ−ＯＦＦ比（デューティ）などを制御して対応する。
第１の実施形態は２次側から負荷回路を見たときに降圧型ＤＣＤＣコンバータとして動作するので充電電圧より低い負荷回路電圧の場合に適用できる。
【００１７】  図２は本発明の第２の実施形態を示す回路であって、図１と同様な機能を有するが負荷回路の位置や電圧などが異なる。１次側直流電圧源はＶｉｎ−Ｇｎｄ端子間に接続される。Ｒ１，Ｒ２，Ｍ１，Ｍ３，Ｌ１，Ｃ１，Ｍ４は降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路を構成する。ここでＭ１は半導体スイッチ素子１であって例えばＰ型ＭＯＳＦＥＴ、Ｍ４はＤＣＤＣコンバータと接地間に接続された半導体スイッチ素子２であって例えばＮ型ＭＯＳＦＥＴである。
Ｄ２，Ｍ２，Ｒ３はスイッチつき負荷回路であり、Ｄ２は照明用ＬＥＤであり、ＬＥＤＨ−Ｌ端子間に接続される。Ｍ２はスイッチである。ＢＡＴは充電用２次電池であり、ＢａｔＨ−Ｌ端子間に接続され、Ｒ４とともに２次側直流電圧源を構成する。
Ｕ１、Ｃ３、Ｃ２は安定化電源、Ｕ２は制御プログラム内蔵のマイコンであり電源端子７，８と出力端子６，５，４入力端子３，２，１を有する。出力端子５、４はマイコン内蔵のＰＷＭ出力に接続されている。入力端子３，２，１はマイコン内蔵ＡＤコンバータの入力に接続されている。Ｒ５は明るさを検出するセンサーである。Ｄ１は逆流防止のためのダイオードである。
【００１８】  上記第２の実施形態による作用は次のとおりである。制御回路、すなわち、プログラム内蔵マイコンＵ２の制御により、まず降圧動作時には半導体スイッチ素子２（Ｍ４）をＯＦＦ、あるいはＭ１と相補的に駆動してＤＣＤＣコンバータを作動する。すると、１次側直流電圧は降圧型ＤＣＤＣコンバータにより降圧されて２次側に伝わり、２次側直流電圧源である２次電池を充電する。充電時の充電電流はＲ４で検出され、所定の値になるようにＰＷＭ出力へフィードバックされ、Ｍ３、Ｍ１が駆動される。次に、明るさセンサーにより暗くなったことが検出されると、マイコンＵ２により降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路をＯＦＦ、すなわち半導体スイッチ素子１をＯＦＦ、負荷回路スイッチをＯＮ、にして半導体スイッチ素子２（Ｍ４）を駆動する。すると２次側の２次電池から１次側へＬ１，Ｍ１，Ｍ４，Ｃ３からなる昇圧型ＤＣＤＣコンバータが構成され、２次電池の昇圧された電圧が負荷回路に伝わり、照明用ＬＥＤが点灯する。このとき、１次側直流電圧は消失（太陽電池のため）している。また半導体スイッチ素子１（Ｍ１）はＯＦＦ状態にあるのでＭＯＳＦＥＴのボディーダイオードの整流作用により負荷側から電流が逆流することはない。ＬＥＤ電流はＲ３で検出され、マイコン制御によって所定の値になるようＰＷＭ出力を介してＭ４へフィードバックされる。
このときも、充電時とＬＥＤ点灯時とでＤＣＤＣコンバータに求められる特性が異なるが、制御回路のＰＷＭ出力周波数やパルスＯＮ−ＯＦＦ比（デューティ）、などを制御して対応する。
第２の実施形態は２次側から負荷回路を見たときに昇圧型ＤＣＤＣコンバータとして動作するので充電電圧より高い負荷回路電圧の場合に適用できる。
【００１９】  以上のように、本発明による二つの実施形態を示したが、どちらもひとつのＤＣＤＣコンバータを２つの用途に共有することが可能になり、小型軽量かつ簡易な構成でシステムを実現できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００２０】図１、図２において
Ｖｉｎ，Ｇｎｄ  １次側直流電圧源（または端子）
ＢａｔＨ，ＢａｔＬ  ２次側直流電圧源（または端子）
Ｒ１，Ｒ２，Ｍ１，Ｍ３，Ｌ１，Ｃ１，Ｄ５  降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路
Ｄ４，Ｍ２，Ｒ３  スイッチつき負荷回路
ＬＥＤＨ，ＬＥＤＬ  Ｄ４の接続端子
Ｄ３  ダイオード素子１
Ｄ１  ダイオード素子２
Ｕ２  制御回路
図２において
Ｖｉｎ，Ｇｎｄ  １次側直流電圧源（または端子）
ＢａｔＨ，ＢａｔＬ  ２次側直流電圧源（または端子）
Ｒ１，Ｒ２，Ｍ１，Ｍ３，Ｌ１，Ｃ１，Ｍ４  降圧型ＤＣＤＣコンバータ回路
Ｍ１  半導体スイッチ素子１
Ｄ２，Ｍ２，Ｒ３  スイッチつき負荷回路
ＬＥＤＨ，ＬＥＤＬ  Ｄ２の接続端子
Ｍ４  半導体スイッチ素子２
Ｕ２  制御回路
【図１】
2012085502.tif 000003
【図２】
2012085502.tif 000004
【図３】
2012085502.tif 000005
【図４】
2012085502.tif 000006