(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で昇圧と降圧の両方が可能なＤＣ／ＤＣコンバータの提供。【解決手段】制御回路２７は、昇降圧切替際に、時比率制御量Ｄｓが第１所定値に至ると、パルス幅変調制御を行っていない昇圧用スイッチング素子、または降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列のスイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列のスイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第２所定値に至ると、昇圧用スイッチング素子と降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第３所定値に至ると、昇圧用スイッチング素子により昇圧動作を、または降圧用スイッチング素子により降圧動作を行う。【選択図】図９
2016167896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子とグランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、
出力端子と前記グランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、
２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタと、
前記出力端子と電気的に接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、および前記出力電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、
前記制御回路は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、
時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、前記パルス幅変調制御を行っていない前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された前記時比率制御量（Ｄｓ）とオン周波数（ｆ）との相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行ない、
前記時比率制御量（Ｄｓ）が、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替え、
前記時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を再開できる前記第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行うようにしたＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
入力端子とグランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、
出力端子と前記グランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、
２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタと、
前記出力端子と電気的に接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路と、
前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、および前記出力電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備え、
前記制御回路は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、
時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、前記パルス幅変調制御を行っている前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された前記時比率制御量（Ｄｓ）とオン周波数（ｆ）との相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行ない、
前記時比率制御量（Ｄｓ）が、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替え、
前記時比率制御量（Ｄｓ）が前記第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行うようにしたＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記パルス幅変調制御における周波数、および前記オン周波数（ｆ）は、０ヘルツ、または、可聴周波数（ｆ０）より大きい周波数である請求項１、または２のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子を、それぞれ相補に制御する際に、２個の前記昇圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるとともに、２個の前記降圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるようにした請求項１、または２のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧の電圧変換と降圧の電圧変換の両方を行うことが可能なＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力された電圧を昇圧、および降圧することにより所望の出力電圧を得ることが可能な昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータが、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
この昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである、バックブースト切換調整器の模式図を図１８に示す。電源１０１は、同期型切換調整器１０３および制御回路１０５を含む。同期型切換調整器１０３は、入力電圧Ｖｉｎを受け取り、調整された出力電圧Ｖｏｕｔを提供する。入力電圧Ｖｉｎは、出力電圧Ｖｏｕｔよりも高いか、低いか、あるいは実質的に同じであり得る。制御回路１０５は、同期型切換調整器１０３をバックモード、ブーストモードまたはバックブーストモードで動作させ得る。同期型切換調整器１０３は、ＶｉｎとＶｏｕｔとの間に結合された４つのスイッチを有する。これらのスイッチ１０７、１０９、１１１、１１３は、Ｖｏｕｔにある出力ノードへの電流の供給電圧を制御し、これにより、出力電圧は調整値で保持され得る。制御回路１０５は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取り、同期型切換調整器１０３内の４つのスイッチ１０７、１０９、１１１、１１３の切り換えを制御する４つの駆動信号（Ｖａ、Ｖｂ、ＶｃおよびＶｄ）を提供する。制御回路１０５は、抵抗器１１５および１１７と、誤り増幅器１１９と、パルス幅変調器１２１と、論理回路１２３とを含む。パルス幅変調器１２１は、信号発生器１２５とコンパレータ１２７および１２９とを含む。
【０００４】
次に、このような電源１０１の動作について図１９の例示的信号のグラフを参照しながら説明する。図１９のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸はボルトを示す。また、図１９にはタイミングチャートも同時に示される。
【０００５】
図１９のグラフは、図１８に示した波形信号ＶｘおよびＶｙならびに制御電圧ＶＣＬの例を示す。波形信号Ｖｘは、周期Ｔを有し、最小値Ｖ１および最大値Ｖ３をそれぞれ有する三角波形である。波形信号Ｖｙは、周期Ｔを有し、最小値Ｖ２および最大値Ｖ４をそれぞれ有する三角波形である。また、図１９に示すように、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４である。Ｖ１＜ＶＣＬ≦Ｖ２の場合、制御回路１０５により制御される同期型切換調整器１０３はバックモードで動作し、Ｖ２＜ＶＣＬ＜Ｖ３の場合、制御回路１０５により制御される同期型切換調整器１０３はバックブーストモードで動作し、Ｖ３≦ＶＣＬ＜Ｖ４の場合、制御回路１０５により制御される同期型切換調整器１０３はブーストモードで動作する。ＶＣＬ≦Ｖ１またはＶＣＬ≧Ｖ４である場合、同期型切換調整器１０３は縮退モードで動作する。このような動作により、制御信号Ｖｚ１およびＶｚ２と、駆動信号Ｖａ、Ｖｂ、ＶｃおよびＶｄは図１９のタイミングチャートのように変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９０３９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したバックブースト切換調整器（電源１０１）によると、図１９に示されるように、ブーストモードとバックモードとを切り替える際に、バックブーストモード動作を行う。この際、図１９のグラフから明らかなように、２種類の制御信号Ｖｚ１、Ｖｚ２が必要となる。これらは２種類の波形信号Ｖｘ、Ｖｙ（三角波）に基づくものであるので、これらの波形信号Ｖｘ、Ｖｙを生成するための回路が必要となり、回路構成が複雑になるという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な回路構成で昇圧と降圧の両方が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子とグランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、出力端子と前記グランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタと、前記出力端子と電気的に接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路と、前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、および前記出力電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備える。そして、前記制御回路は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、前記パルス幅変調制御を行っていない前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された前記時比率制御量（Ｄｓ）とオン周波数（ｆ）との相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、前記制御回路は、前記時比率制御量（Ｄｓ）が、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、前記制御回路は、前記時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を再開できる前記第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行うようにしたものである。
【００１０】
また、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子とグランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、出力端子と前記グランド端子との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタと、前記出力端子と電気的に接続され、前記出力端子の出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出回路と、前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、および前記出力電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、を備える。そして、前記制御回路は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、前記パルス幅変調制御を行っている前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された前記時比率制御量（Ｄｓ）とオン周波数（ｆ）との相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、前記制御回路は、前記時比率制御量（Ｄｓ）が、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、前記制御回路は、前記時比率制御量（Ｄｓ）が前記第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、制御回路は、上記相関関係に基づいて合計４つのスイッチング素子を制御することにより昇降圧切替を行う。この切替時に、オンオフ周期を可変するだけの制御であるため、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータが得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータのブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図３】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子が第１、第２昇圧用スイッチング素子の４倍周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図４】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子が第１、第２昇圧用スイッチング素子の２倍周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図５】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子と第１、第２昇圧用スイッチング素子が同周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図６】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２昇圧用スイッチング素子が第１、第２降圧用スイッチング素子の２倍周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図７】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２昇圧用スイッチング素子が第１、第２降圧用スイッチング素子の４倍周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図８】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図９】本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１１】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、４周期毎に第１昇圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１２】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、２周期毎に第１昇圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１３】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１昇圧用スイッチング素子のオン期間が最大時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１４】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、２周期毎に第２降圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１５】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、４周期毎に第２降圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１６】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図
【図１７】本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係図
【図１８】従来のバックブースト切換調整器の模式図
【図１９】従来のバックブースト切換調整器の例示的信号のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータのブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図３は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子が第１、第２昇圧用スイッチング素子の４周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子が第１、第２昇圧用スイッチング素子の２周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２降圧用スイッチング素子と第１、第２昇圧用スイッチング素子が同周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図６は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２昇圧用スイッチング素子が第１、第２降圧用スイッチング素子の２周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図７は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１、第２昇圧用スイッチング素子が第１、第２降圧用スイッチング素子の４周期時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図８は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図９は、本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係図である。
【００１５】
図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力端子１５とグランド端子１７との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、出力端子１９とグランド端子１７との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタ２１と、を備える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力端子１５と電気的に接続され、入力端子１５の入力電圧Ｖｉを検出する入力電圧検出回路２３と、出力端子１９と電気的に接続され、出力端子１９の出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路２５と、を備える。そして、前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、入力電圧検出回路２３、および出力電圧検出回路２５と電気的に接続される制御回路２７を備える。
【００１６】
制御回路２７は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、時比率制御量Ｄｓが、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、パルス幅変調制御を行っていない前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが、パルス幅変調制御を再開できる第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行う。
【００１７】
これにより、制御回路２７は、上記相関関係に基づいて合計４つのスイッチング素子を制御することにより昇降圧切替を行なう。この切替時に、オンオフ周期を可変するだけの制御であるため、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。
【００１８】
以下、より具体的に本実施の形態１の構成、動作について説明する。
【００１９】
図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子１５とグランド端子１７の間には、太陽電池２８が電気的に接続されている。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は太陽電池２８が発電した電力における電圧（入力電圧Ｖｉ）を昇圧、もしくは降圧することにより、天候や陰影に影響されにくい安定した出力電圧Ｖｏを出力する機能を有する。
【００２０】
また、出力端子１９とグランド端子１７の間には、例えば、負荷、二次電池、あるいは商用の系統電力に電力供給を行うためのインバータなどを接続することができるが、本実施の形態１では特に限定しない。
【００２１】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の内部構成の詳細について説明する。
【００２２】
まず、前記降圧用スイッチング素子は２個のスイッチング素子を直列に接続した構成を備える。ここでは、前記スイッチング素子として電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を用いた。従って、各スイッチング素子には寄生ダイオード２９が形成される。なお、前記スイッチング素子はＦＥＴに限定されるものではなく、他の半導体スイッチング素子であってもよい。ここで、２個の前記降圧用スイッチング素子のうち、入力端子１５と電気的に接続されるものを第１降圧用スイッチング素子３０、グランド端子１７と電気的に接続されるものを第２降圧用スイッチング素子３１という。
【００２３】
第１降圧用スイッチング素子３０と、第２降圧用スイッチング素子３１とは、相補な動作を行う。ここで、相補な動作とは、基本的に、２個の前記降圧用スイッチング素子のオンオフ動作が反転する動作を指すものと、以下定義する。但し、後述するような、２個の前記降圧用スイッチング素子が短期間内に同時オフとなる場合は、一時的に相補な動作でなくなるが、本実施の形態１では短期間の同時オフであれば相補な動作に含まれるものと定義する。
【００２４】
同様に、前記昇圧用スイッチング素子も２個のスイッチング素子（ＦＥＴ）を直列に接続した構成を備える。ここで、２個の前記昇圧用スイッチング素子のうち、出力端子１９と電気的に接続されるものを第１昇圧用スイッチング素子３３、グランド端子１７と電気的に接続されるものを第２昇圧用スイッチング素子３５という。
【００２５】
また、出力端子１９とグランド端子１７との間には、平滑コンデンサ３７が電気的に接続される。なお、平滑コンデンサ３７は、出力端子１９とグランド端子１７との間に容量が極めて大きい二次電池などが接続される場合は無くてもよい。
【００２６】
次に、入力電圧検出回路２３は、グランド端子１７を基準とした入力電圧Ｖｉを検出し、制御回路２７へ出力する機能を有する。同様に、出力電圧検出回路２５は、グランド端子１７を基準とした出力電圧Ｖｏを検出し、制御回路２７へ出力する機能を有する。
【００２７】
制御回路２７は、マイクロコンピュータと周辺回路、メモリ等で構成され、上記した入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏを取り込むとともに、第１降圧用スイッチング素子３０、第２降圧用スイッチング素子３１、第１昇圧用スイッチング素子３３、および第２昇圧用スイッチング素子３５のオンオフ制御を、それぞれスイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、およびＳＷ４により行う機能を有する。
【００２８】
次に、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ１１の動作について説明する。
【００２９】
まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が昇圧動作を行っている場合について述べる。この際の第１降圧用スイッチング素子３０、第２降圧用スイッチング素子３１、第１昇圧用スイッチング素子３３、および第２昇圧用スイッチング素子３５の経時的なオンオフ状態を図２（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。昇圧動作の場合、制御回路２７は図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５を相補に動作させる。ここで、相補に動作させるとは、第１昇圧用スイッチング素子３３がオンの時は第２昇圧用スイッチング素子３５がオフに、第１昇圧用スイッチング素子３３がオフの時は第２昇圧用スイッチング素子３５がオンになるように、すなわち、互いに反転した状態になるように動作することであると、以下、定義する。このような動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力電圧Ｖｏを出力する。このとき、制御回路２７は、出力電圧検出回路２５で検出された出力電圧Ｖｏが所望の設定電圧になるように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５の時比率（図２（ｃ）、（ｄ）の１周期に対するオン期間の比率と定義する）を調整する。この時比率を調整する量を、以下、時比率制御量Ｄｓという。図２（ｃ）、（ｄ）の場合、オン期間とオフ期間が等しいので、時比率は０．５になる。なお、時比率を変更することにより昇圧比を調整して出力電圧Ｖｏを所望の設定電圧にする制御をパルス幅変調制御という。また、以下の説明ではパルス幅変調制御をＰＷＭ制御と略す。
【００３０】
一方、昇圧動作の場合、前記降圧用スイッチング素子はオンオフ制御を行わず、入力電圧Ｖｉが直接インダクタ２１に印加されるように、制御回路２７は、第１降圧用スイッチング素子３０をオンにするとともに、入力端子１５とグランド端子１７とが短絡しないように、第２降圧用スイッチング素子３１をオフにする。従って、それぞれ、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０はオンのまま、第２降圧用スイッチング素子３１はオフのままとなる。
【００３１】
このような制御は、例えば日の出、夕暮れ、曇天、あるいは影が差した場合などで、太陽電池２８への日射量が不十分であり、入力電圧Ｖｉが所望の出力電圧Ｖｏより低い場合に行われる。
【００３２】
次に、太陽電池２８への日射量が改善され、入力電圧Ｖｉが上昇してきた場合について説明する。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧動作から降圧動作へ切り替える必要があるので、その動作について以下に説明する。
【００３３】
本実施の形態１のＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、予め決定された、時比率制御量Ｄｓと、オン周波数ｆとの相関関係が前記メモリに記憶されている。なお、オン周波数ｆの詳細については後述する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の昇降圧動作を切り替える際には、前記相関関係に基づいて、制御回路２７により、スイッチング動作が制御される。そこで、ここでは、まず図９に示す前記相関関係について説明する。なお、図９において、横軸は時比率制御量Ｄｓを、縦軸はオン周波数ｆを示す。
【００３４】
まず、図９を参照しながら、図２の状態について説明する。図２では昇圧動作のみが行われているので、図９において、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１（第１所定値）以上であることになる。なお、ここでは図２の状態が第１所定値である時比率制御量Ｄｓ１の場合であるとする。この場合は、上記したように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５は相補な動作を行うようにＰＷＭ制御される。従って、図９の時比率制御量Ｄｓ１に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５（図９の太実線）は一定のオン周波数ｆ１でオンオフ動作が行われている。
【００３５】
ここで、図９の縦軸であるオン周波数ｆとは、時比率が０．５の時の、例えば第１昇圧用スイッチング素子３３のＰＷＭ制御におけるオン期間を発生させる周波数のことである。本実施の形態１においては、第１昇圧用スイッチング素子３３がＰＷＭ制御される領域では、オン周波数ｆ１を８０キロヘルツ（以下、ｋＨｚと記す）とした。従って、８０ｋＨｚは周期が１２．５μ秒であるので、１２．５μ秒毎に時比率０．５のパルス波形が発生することになる。これが図２（ｃ）、（ｄ）に相当する。ここで、オン周波数ｆ１が８０ｋＨｚで、時比率が０．５であるので、オン期間は、６．２５μ秒となる。ゆえに、第１昇圧用スイッチング素子３３は１２．５μ秒毎に６．２５μ秒ずつのオンオフを繰り返すことになる。なお、第２昇圧用スイッチング素子３５は第１昇圧用スイッチング素子３３と相補に動作するので、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）の動作の位相を１８０度ずらした波形となる。
【００３６】
一方、第１降圧用スイッチング素子３０は、上記したようにオン状態、第２降圧用スイッチング素子３１はオフ状態であるので、いずれも図９の太破線に示すように、時比率制御量Ｄｓ１におけるオン周波数ｆは０ヘルツ（以下、Ｈｚと記す）となる。
【００３７】
なお、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１に対して、時比率制御量Ｄｓ１ではオン周波数ｆが０Ｈｚと可聴周波数ｆ０の２点が図示されるが、前者が黒丸、後者が白丸であるので、この場合は黒丸の方の数値を採用するものとして定義する。ゆえに、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１より僅かに小さくなると、オン周波数ｆは可聴周波数ｆ０より僅かに大きい周波数まで急増することになる。
【００３８】
これは、黒丸の点から連続的に相関関係を決定すると、時比率制御量Ｄｓの値によってはオン周波数ｆが可聴周波数帯域（およそ２０Ｈｚから１８ｋＨｚまで）に含まれることがある。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から騒音が発生する可能性がある。同様に、ＰＷＭ制御においても、そのオンオフ周波数が可聴周波数帯域に含まれると騒音の要因となるので、ＰＷＭ制御の周波数（ここでは８０ｋＨｚ）も可聴周波数帯域から外れた値としている。このように、本実施の形態１では、パルス幅変調制御における周波数、およびオン周波数ｆは、０ヘルツ、または、可聴周波数ｆ０より大きい周波数であるようにしている。なお、騒音が問題とならない場合は、上記した連続的な相関関係としてもよい。
【００３９】
次に、太陽電池２８への日射量が増加し、出力電圧Ｖｏと入力電圧Ｖｉの差が近づくとする。ここで、前記第１所定値が、前記降圧用スイッチング素子のＰＷＭ制御を行えなくなる値であると定義する。従って、前記差が小さくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は出力電圧Ｖｏを目標値に制御するための時比率制御量Ｄｓにより、通常の、周期（周波数）一定で時比率を可変することによるＰＷＭ制御が行なえなくなる。そして、ＰＷＭ制御が行えなくなる閾値が第１所定値である。
【００４０】
ここでは、制御回路２７によるＰＷＭ制御が行えなくなる状態まで時比率制御量Ｄｓが小さくなっている。この場合、制御回路２７は、図９の相関関係に基づいて、オン状態、またはオフ状態を維持している第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１のオンオフ動作を行う。なお、制御回路２７はＰＷＭ制御が行えなくなったことを、目標値に対する出力電圧Ｖｏの差から知ることができる。すなわち、出力電圧Ｖｏが目標値と測定や制御の誤差範囲内で一致していた場合、制御回路２７はＰＷＭ制御が行われていると判断する。一方、差が誤差範囲を超えて異なる場合、制御回路２７はＰＷＭ制御ができないと判断する。そして、この場合に、制御回路２７は、オンオフ動作を行っている前記昇圧用スイッチング素子の時比率を固定して継続動作するとともに、前記降圧用スイッチング素子のオンオフ動作を開始する。この動作における前記降圧用スイッチング素子の時比率制御量Ｄｓは、本実施の形態１では比例積分量に基づく。従って、第１所定値より小さくなると、時比率制御量Ｄｓは前記降圧用スイッチング素子の比例積分量であるとする。なお、ここでの時比率制御量Ｄｓは比例積分量に限定されるものではなく、例えば比例積分微分量であってもよい。この場合、制御が複雑になるものの、出力電圧Ｖｏの精度が増す。
【００４１】
次に、時比率制御量Ｄｓが第１所定値より小さくなった場合の具体的な動作を以下に示す。
【００４２】
まず、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ２まで小さくなる過程では、図９の太破線より求められるオン周波数ｆに基づき、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１のオンオフ動作が徐々に行われる。そして、時比率制御量Ｄｓ２に至ると、図９よりオン周波数ｆ２は２０ｋＨｚであるので、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１は２０ｋＨｚのオン周波数ｆ２に基づいてオンオフ動作を行う。
【００４３】
その様子を図３に示す。図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）と同じスイッチング素子のタイミングチャートである。
【００４４】
まず、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５は、それぞれ図２（ｃ）、（ｄ）と同じ動作である。従って、昇圧動作は時比率制御量Ｄｓが第１所定値である場合と同じである。そのため、図９の太実線に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５は、いずれも位相が１８０度ずれた状態で、オン周波数ｆ１（＝８０ｋＨｚ）によりオンオフ動作を繰り返す。
【００４５】
以後も、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５は、時比率制御量Ｄｓが、後述する時比率制御量Ｄｓ４（第２所定値）に至るまで、８０ｋＨｚのオン周波数ｆ１で、時比率０．５のままで、オンオフ動作を繰り返す。
【００４６】
一方、図３（ａ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０は時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まで・・・というようにオフになる期間が発生する。なお、第２降圧用スイッチング素子３１は、第１降圧用スイッチング素子３０と相補に動作するため、図３（ｂ）に示すように、上記時刻でオンになる期間が発生する。
【００４７】
ここで、図９の太破線に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１の、時比率制御量Ｄｓ２におけるオン周波数ｆ２は２０ｋＨｚであるので、オン周波数ｆ２は第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５のオン周波数ｆ１（８０ｋＨｚ）の１／４となる。ゆえに、その周期は４倍となる。従って、第１降圧用スイッチング素子３０は、制御回路２７により、第１昇圧用スイッチング素子３３の４倍の周期毎にオフ制御され、相補に動作する第２降圧用スイッチング素子３１は、制御回路２７により、第２昇圧用スイッチング素子３５の４倍の周期毎にオン制御される。この際、オン制御されるオン期間は、第２昇圧用スイッチング素子３５のオン期間（６．２５μ秒）と同じ値に固定される。また、第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行う第１昇圧用スイッチング素子３３のオフ期間も６．２５μ秒に固定される。
【００４８】
上記のことから、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５の４倍の周期毎に、オン状態、またはオフ状態となる。すなわち、例えば第１昇圧用スイッチング素子３３が４回オフ状態になる毎に、第１降圧用スイッチング素子３０が１回オフ状態となる。そして、両者のオフ期間は制御回路２７の誤差範囲内で実質的に等しい。同様に、第２昇圧用スイッチング素子３５が４回オン状態になる毎に、第２降圧用スイッチング素子３１が１回オン状態となり、両者のオン期間は誤差範囲内で実質的に等しい。
【００４９】
なお、ここでは、制御回路２７は、ＰＷＭ制御を行っていない第２降圧用スイッチング素子３１を、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係（図９）に基づいて求められる周期毎に、オン期間を固定した状態でオン制御を行なっているが、第１降圧用スイッチング素子３０はオフ制御を行なっている。これは、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１が相補な動作を行うためである。そこで、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１を併せて降圧用スイッチング素子と呼ぶ時、その一方（ここでは第２降圧用スイッチング素子３１）がオン制御を行なっているので、全体としては、オン制御を行なうと記載することとする。なお、第１降圧用スイッチング素子３０は第２降圧用スイッチング素子３１に対し相補な動作を行うので、２個の前記降圧用スイッチング素子のうち、オン制御されない方は必然的にオフ制御されることになる。第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５を併せて昇圧用スイッチング素子と呼ぶ時も、上記と同じ定義であるとする。
【００５０】
次に、さらに時比率制御量Ｄｓが小さくなると、図９の太破線に示すように、オン周波数ｆは徐々に大きくなる。そして、時比率制御量Ｄｓ３に至ると、オン周波数ｆは、時比率制御量Ｄｓ３と太破線が交差する部分、すなわち、オン周波数ｆ３（＝４０ｋＨｚ）となる。ゆえに、オン周波数ｆ３は、ＰＷＭ制御される第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５のオン周波数ｆ１（＝８０ｋＨｚ）の半分となるので、第２降圧用スイッチング素子３１がオン制御される周期は第２昇圧用スイッチング素子３５がオン制御される周期の２倍となる。
【００５１】
このときのタイミングチャートを図４（ａ）〜（ｄ）に示す。これらのタイミングチャートは図２（ａ）〜（ｄ）と同じスイッチング素子に対するものである。
【００５２】
上記したとおり、第２降圧用スイッチング素子３１がオン制御される周期が２倍になり、また、図４（ｂ）、（ｄ）においても、図３で説明したように、オン期間は６．２５μ秒であり、誤差範囲内で実質的に等しいので、第２昇圧用スイッチング素子３５が２回オンになる毎に、第２降圧用スイッチング素子３１が１回オンになる。そして、図４（ａ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０は、第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行う。また、第１昇圧用スイッチング素子３３は、図４（ｃ）に示すように、第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行う。
【００５３】
以後、時比率制御量Ｄｓが小さくなると、図９の太破線に示すように、オン周波数ｆは徐々に大きくなり、第２降圧用スイッチング素子３１がオンに、第１降圧用スイッチング素子３０がオフに、それぞれ制御される周期が短くなる。これを換言すると、第１降圧用スイッチング素子３０はオフ期間が６．２５μ秒に固定されているので、１周期におけるオン期間が、時比率制御量Ｄｓの低下とともに短くなる。そして、第２降圧用スイッチング素子３１は第１降圧用スイッチング素子３０と相補な動作を行うので、１周期におけるオフ期間が、時比率制御量Ｄｓの低下とともに短くなる。
【００５４】
そして、時比率制御量Ｄｓが電圧検出や演算の誤差範囲内で実質的に０になる、すなわち、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏが誤差範囲内で実質的に等しくなると、図９より、前記降圧用スイッチング素子のオン周波数ｆは、前記昇圧用スイッチング素子のオン周波数ｆ１と誤差範囲内で実質的に等しくなる。このときのタイミングチャートを図５（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図５（ａ）〜（ｄ）のタイミングチャートにおけるスイッチング素子は、図２（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに対応する。
【００５５】
図５より明らかなように、時比率制御量Ｄｓ４（＝０）の場合、図５（ａ）、すなわち第１降圧用スイッチング素子３０のタイミングチャートと、図５（ｃ）、すなわち第１昇圧用スイッチング素子３３のタイミングチャートは同じ波形となる。同様に、図５（ｂ）、すなわち第２降圧用スイッチング素子３１のタイミングチャートと、図５（ｄ）、すなわち第２昇圧用スイッチング素子３５のタイミングチャートは同じ波形となる。
【００５６】
この状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が昇圧動作と降圧動作を同条件で同時に行っていることに相当し、上記したように、入力電圧Ｖｉがそのまま出力電圧Ｖｏになるように制御されている。
【００５７】
このように、時比率制御量Ｄｓが第１所定値から第２所定値までの間、第２降圧用スイッチング素子３１は、図２（ｂ）から図５（ｂ）までに示すように、時比率制御量Ｄｓが小さくなるほどオンとなる周期が短くなり、オンの回数が増える。従って、時比率制御量Ｄｓが第１所定値から第２所定値までの間は、前記降圧用スイッチング素子（第２降圧用スイッチング素子３１）のパルスが増えるように制御されることになる。これは、制御回路２７による比例積分制御により実現できる。なお、この制御については、上記したように比例積分微分制御であってもよい。
【００５８】
次に、さらに太陽電池２８への日射量が増え、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより高くなる。この場合は、時比率制御量Ｄｓが負になり、図９の太実線に示すように、今度は前記昇圧用スイッチング素子のオン周波数ｆが徐々に減少する相関関係となる。同時に、前記降圧用スイッチング素子はオン周波数ｆ１（＝８０ｋＨｚ）が一定値となる相関関係を有する。この動作は、時比率制御量Ｄｓが第２所定値、すなわち時比率制御量Ｄｓ４に至ると、制御回路２７により、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替えることになる。
【００５９】
なお、実際には、オン周波数ｆは、第２昇圧用スイッチング素子３５に対するものであり、第１昇圧用スイッチング素子３３は第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行っているのであるが、ここでは、前記昇圧用スイッチング素子のオン周波数ｆが徐々に減少すると記載することで、前記昇圧用スイッチング素子の互いに相補な動作を併せた全体としての動作を示すこととする。
【００６０】
時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ５まで小さくなると、図９の太実線に示す相関関係に基づいて、オン周波数ｆ３（＝４０ｋＨｚ）となるように、第２昇圧用スイッチング素子３５のオン状態が制御される。このとき、前記降圧用スイッチング素子はオン周波数ｆ１（＝８０ｋＨｚ）でオンオフ制御される。従って、第２昇圧用スイッチング素子３５は第２降圧用スイッチング素子３１の２倍の周期でオン状態になるように制御される。
【００６１】
これらの場合のタイミングチャートを図６（ａ）〜（ｄ）に示す。図６（ｂ）と図６（ｄ）を比較すると、第２昇圧用スイッチング素子３５は、オン期間（６．２５μ秒）を固定した状態で、第２降圧用スイッチング素子３１の２倍の周期（２５μ秒）でオン状態になるように制御される。そして、図６（ａ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０は第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行い、図６（ｃ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３は第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行う。
【００６２】
以後、同様に、時比率制御量Ｄｓが小さくなり、時比率制御量Ｄｓ６に至ると、図９よりオン周波数ｆ２（＝２０ｋＨｚ）で第２昇圧用スイッチング素子３５が動作する。この時のタイミングチャートを図７（ａ）〜（ｄ）に示す。図７（ｂ）と図７（ｄ）を比較すると、第２昇圧用スイッチング素子３５は第２降圧用スイッチング素子３１の４倍の周期でオン状態になるように制御される。そして、図７（ａ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０は第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行い、図７（ｃ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３は第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行う。
【００６３】
さらに時比率制御量Ｄｓが小さくなり、第３所定値である時比率制御量Ｄｓ７に至ると、図９の相関関係に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５はオンオフ動作を停止し、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１のみがオンオフ動作を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は前記降圧用スイッチング素子のみで降圧動作を行う。時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ７より小さくなると、前記降圧用スイッチング素子に対し変動時比率でのＰＷＭ制御を行なうことにより、制御回路２７は、出力電圧Ｖｏが所望の電圧値になるように制御する。
【００６４】
このときのタイミングチャートを図８に示す。図８（ｃ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３はオン状態を維持し、図８（ｄ）に示すように、第２昇圧用スイッチング素子３５はオフ状態を維持する。そして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１は相補にオンオフ動作を継続する。
【００６５】
このように、時比率制御量Ｄｓが第２所定値から第３所定値までの間、第２昇圧用スイッチング素子３５は、図５（ｃ）から図８（ｃ）までに示すように、時比率制御量Ｄｓが小さくなるほどオフとなる周期が長くなり、オフの回数が減る。従って、時比率制御量Ｄｓが第２所定値から第３所定値までの間は、前記昇圧用スイッチング素子（第１昇圧用スイッチング素子３３）のパルスが減るように制御されることになる。これは、制御回路２７による比例積分制御により実現できる。
【００６６】
なお、時比率制御量Ｄｓが小さい場合から大きくなる際、すなわち、降圧動作から昇圧動作を行う場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は上記した説明と逆の動作を行う。この場合、第１所定値が時比率制御量Ｄｓ７に、第３所定値が時比率制御量Ｄｓ１に、それぞれ代わる。
【００６７】
上記した昇圧動作から降圧動作に切り替わる際の制御回路２７による制御をまとめると、次のようになる。制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第１所定値に至ると、パルス幅変調制御を行っていない前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方（ここでは時比率制御量Ｄｓが０以上では第２降圧用スイッチング素子３１、時比率制御量Ｄｓが０未満では第１昇圧用スイッチング素子３３）のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方（ここでは時比率制御量Ｄｓが０以上では第１降圧用スイッチング素子３０、時比率制御量Ｄｓが０未満では第２昇圧用スイッチング素子３５）のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、時比率制御量Ｄｓが第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行なう。
【００６８】
このように動作することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は昇降圧動作をスムースに切り替えることができる。さらに、昇降圧動作を切り替える近傍の電圧差、すなわち時比率制御量Ｄｓが０に近い場合のみ、４つのスイッチング素子のオンオフ動作を行うので、昇圧動作、または降圧動作のみを行っている場合は２つのスイッチング素子のオンオフ動作のみでよい。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の効率がよくなる。また、昇降圧動作の切り換え時には、時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎にオン制御を行なうため、２つの三角波を用いる必要がない。従って、簡単な回路構成とすることができる。
【００６９】
以上の構成、動作により、制御回路２７は、昇圧のみの場合、前記昇圧用スイッチング素子に対して、降圧のみの場合、前記降圧用スイッチング素子に対して、それぞれＰＷＭ制御を行なう。そして、制御回路２７は、上記相関関係に基づいて合計４つのスイッチング素子を制御することにより昇降圧切替が可能となる。この切替時に、オンオフ周期を可変するだけの制御であるため、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。
【００７０】
なお、本実施の形態１では、制御回路２７は、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子を、それぞれ相補に制御する際に、それぞれのオンオフ状態が制御回路２７や前記スイッチング素子の応答における誤差範囲内で同時に切り替わるように制御している。しかし、この動作は、２個の前記昇圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるとともに、２個の前記降圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるようにしてもよい。この場合、同時オフになる期間が実質的にない場合における短絡の可能性を低減することができる。その理由は次のとおりである。
【００７１】
まず、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５とが実質的に同時に切り替わるようにした場合、誤差によっては一瞬、両者が同時にオン状態になる可能性がある。その結果、出力端子１９とグランド端子「１７が短絡し、出力電圧Ｖｏが不安定になる可能性がある。また、短絡の発生により、平滑コンデンサ３７の容量によっては、平滑コンデンサ３７から大電流が流れ、前記昇圧用スイッチング素子が劣化する可能性がある。
【００７２】
次に、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１とが実質的に同時に切り替わるようにした場合も、前記誤差によっては一瞬、両者が同時にオン状態になる可能性がある。その結果、入力電圧Ｖｉが不安定になり、特に昇降圧制御中は、誤動作の要因となり得る。さらに、太陽電池２８の正極と負極（いずれも図示せず）が短絡する状態となるので、太陽電池２８の寿命に影響する可能性もある。
【００７３】
これらのことから、２個の前記昇圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるとともに、２個の前記降圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させる構成としてもよい。
【００７４】
但し、同時オフの期間を介在させると、その間、出力電圧Ｖｏの安定性に影響するため、同時オフ期間はオン期間に比べ、誤差範囲を超え、かつできるだけ短く設定することが望ましい。また、制御回路２７の制御速度や、各スイッチング素子の応答速度によっては、同時オフの期間を介在させずに、オンオフ状態が同時に切り替わるようにしてもよい。
【００７５】
このように、使用するデバイスやその性能、必要とされる出力電圧Ｖｏの安定性などによって、適宜、同時オフ期間の介在の要否を決定すればよい。
【００７６】
また、本実施の形態１では、時比率制御量Ｄｓが実質的に、すなわち、誤差範囲内で同じ周期に至る時比率制御量Ｄｓ４となれば、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替えているが、これは、このような動作に限定されるものではない。その具体例を以下に説明する。
【００７７】
まず、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ３に至った時点で、制御回路２７が前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。すると、各スイッチング素子のタイミングチャートは図６になる。本来、図６の波形は時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ５に至った際の波形であるので、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ３から時比率制御量Ｄｓ５に至るまでは、出力電圧Ｖｏが所望の値からずれる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の用途によっては、ずれる量が許容範囲内の場合もある。そのため、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替えるタイミングは、厳密に時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ４に至った時点である必要はない。
【００７８】
ゆえに、出力電圧Ｖｏのずれる量が許容範囲に入れば、厳密に時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ４でなくても、実質的に同じ周期でオンオフ制御される状態であるとみなすことができる。ここで、実質的とは、上記した電圧測定や演算の誤差範囲に加え、出力電圧Ｖｏのずれる量における許容範囲も含むものと定義する。従って、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ４に向かう過程で、出力電圧Ｖｏのずれる量が許容範囲に入れば、制御回路２７は実質的に同じ周期でオンオフ制御される状態であるとみなし、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。このような構成であっても、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。
【００７９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１１は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、４周期毎に第１昇圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１２は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、２周期毎に第１昇圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１３は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、第１昇圧用スイッチング素子のオン期間が最大時のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１４は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、２周期毎に第２降圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１５は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧切替時における、４周期毎に第２降圧用スイッチング素子のオン期間を延長した際のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１６は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時における各スイッチング素子のタイミングチャートであり、（ａ）は第１降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｂ）は第２降圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｃ）は第１昇圧用スイッチング素子のパルス波形図、（ｄ）は第２昇圧用スイッチング素子のパルス波形図である。図１７は、本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係図である。
【００８０】
本実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成は実施の形態１の図１と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して簡単に説明する。
【００８１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力端子１５とグランド端子１７との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う降圧用スイッチング素子と、出力端子１９とグランド端子１７との間に電気的に２個直列接続され、相補な動作を行う昇圧用スイッチング素子と、２個の前記降圧用スイッチング素子の接続点と、２個の前記昇圧用スイッチング素子の接続点との間に電気的に接続されるインダクタ２１と、を備える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力端子１５と電気的に接続され、入力端子１５の入力電圧Ｖｉを検出する入力電圧検出回路２３と、出力端子１９と電気的に接続され、出力端子１９の出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路２５と、を備える。そして、前記降圧用スイッチング素子、前記昇圧用スイッチング素子、入力電圧検出回路２３、および出力電圧検出回路２５と電気的に接続される制御回路２７を備える。
【００８２】
次に、本実施の形態２の特徴となる動作について説明する。制御回路２７は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、パルス幅変調制御を行っている前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行う。
【００８３】
これにより、制御回路２７は、上記相関関係に基づいて合計４つのスイッチング素子を制御することにより昇降圧切替を行なう。この切替時に、オン期間とオフ期間を固定した状態で、オン制御とオフ制御を行なうだけであるため、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。
【００８４】
以下、より具体的に本実施の形態２の動作について説明する。なお、構成は図１と同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が昇圧動作を行っている場合について述べる。この際の第１降圧用スイッチング素子３０、第２降圧用スイッチング素子３１、第１昇圧用スイッチング素子３３、および第２昇圧用スイッチング素子３５の経時的なオンオフ状態を図１０（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。この図１０（ａ）〜（ｄ）は図２（ａ）〜（ｄ）と同じであるので、図１０（ａ）〜（ｄ）の詳細な説明を省略する。なお、図１０（ｃ）、（ｄ）の時比率は０．５とし、８０ｋＨｚでＰＷＭ制御がなされているものとする。また、このＰＷＭ制御に用いられる時比率制御量Ｄｓは第１所定値（時比率制御量Ｄｓ１１）であるとする。
【００８６】
次に、入力電圧Ｖｉが上昇してきた場合について説明する。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧動作から降圧動作へ切り替えてゆくので、その詳細動作を以下に説明する。
【００８７】
本実施の形態２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、予め決定された、時比率制御量Ｄｓと、オン周波数ｆとの相関関係が前記メモリに記憶されている。なお、オン周波数ｆの詳細については後述する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の昇降圧動作を切り替える際には、前記相関関係に基づいて、制御回路２７により、スイッチング動作が制御される。そこで、ここでは、まず図１７に示す前記相関関係を参照しながら、図１０の状態について説明する。なお、図１７において、横軸は時比率制御量Ｄｓを、縦軸はオン周波数ｆを示す。また、時比率制御量Ｄｓは実施の形態１で説明したものと同じである。
【００８８】
まず、図１０では、上記したように、昇圧動作のみが行われているので、図１７において、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１１（第１所定値）以上の場合であるが、ここでは図１０の状態が第１所定値である時比率制御量Ｄｓ１１の場合であるとする。この場合は、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５は相補な動作を行うようにＰＷＭ制御される。ここで、図１７の太実線から、時比率制御量Ｄｓ１１における、第１昇圧用スイッチング素子３３と第２昇圧用スイッチング素子３５のオン周波数ｆ１は８０ｋＨｚであることがわかる。従って、前記昇圧用スイッチング素子は、周期１２．５ｋＨｚで相補にオンオフ制御されている。
【００８９】
ここで、図１７の縦軸であるオン周波数ｆとは、上記したとおり、例えば第１昇圧用スイッチング素子３３のＰＷＭ制御におけるオン期間を発生させる周波数のことである。従って、図１７より第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１の第１所定値におけるオン周波数ｆを読み取ると、０Ｈｚとなる。オン周波数ｆが０Ｈｚであるということは、その周期が無限大であるので、オンオフ動作を行わないことになる。ゆえに、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１１以上の時、第１降圧用スイッチング素子３０はオンのまま、第２降圧用スイッチング素子３１はオフのままとなる。
【００９０】
その後、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１１より小さくなると、図１７の太実線に示すように、オン周波数ｆは低下する。そして、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１２に至る。このときの太実線との交点からオン周波数ｆ４は６０ｋＨｚであることがわかる。ゆえに、制御回路２７は６０ｋＨｚの周波数に対応した周期で、第２昇圧用スイッチング素子３５のオンオフを制御する。その具体的な制御を図１１（ｄ）により説明する。
【００９１】
まず、オン周波数ｆ４（６０ｋＨｚ）は周期が約１６．６７μ秒であるので、第２昇圧用スイッチング素子３５は、その間に固定期間である６．２５μ秒だけオンになる動作を行う。この波形を図１１（ｄ）に示す。図１１（ｄ）において、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ３１までが１周期となり、時刻ｔ２１から時刻ｔ３１までが第２昇圧用スイッチング素子３５のオン期間となる。ゆえに、オフ期間が延びる制御が行われ、その結果、パルスが減ることになる。このような動作を繰り返すことで、制御回路２７は昇圧比を下げる方向に制御している。なお、このときの第１昇圧用スイッチング素子３３は第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作を行うため、図１１（ｃ）に示す波形となる。なお、第１降圧用スイッチング素子３０と第２降圧用スイッチング素子３１は、図１７の時比率制御量Ｄｓ１２における太破線に示すように、オン周波数ｆはいずれも０Ｈｚであるので、図１０の状態を維持する。ゆえに、両者の経時特性は、それぞれ、図１１（ａ）、（ｂ）のようにオンのまま、またはオフのままとなる。
【００９２】
次に、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１３に至ると、その際の図１７における太実線との交点から、第２昇圧用スイッチング素子３５のオン周波数ｆ３は４０ｋＨｚとなる。この場合は、周期が８０ｋＨｚの場合の２倍となるので２５μ秒となり、オン固定期間が６．２５μ秒であることから、１周期の内、１／４がオン期間になる。この様子を図１２（ｄ）に示す。１周期は例えば時刻ｔ１から時刻ｔ５までとなり、そのうち、時刻ｔ４から時刻ｔ５までが固定されたオン期間となる。なお、図１２（ｃ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３は第２昇圧用スイッチング素子３５と相補な動作となる。さらに、図１７の太破線から、時比率制御量Ｄｓ１３においても、オン周波数ｆは０Ｈｚであるので、前記降圧用スイッチング素子のオンオフ状態は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、前者がオンのまま、後者がオフのままである。従って、制御回路２７は、昇圧比をさらに下げる制御を行なっていることがわかる。
【００９３】
次に、時比率制御量Ｄｓが第２所定値である時比率制御量Ｄｓ１４に至ると、その際の図１７における太実線との交点が白丸（１８ｋＨｚ）となる。この白丸の意味は、図９と同様であり、白丸の値は含まれず、黒丸の値が含まれることを意味する。ゆえに、時比率制御量Ｄｓ１４において、前記昇圧用スイッチング素子のオン周波数ｆは０Ｈｚとなる。すなわち、時比率制御量Ｄｓが第２所定値に至ると、オン周波数ｆは直ちに０Ｈｚとなる。その結果、図１３（ｄ）に示すように、第２昇圧用スイッチング素子３５はオフに、図１３（ｃ）に示すように、第１昇圧用スイッチング素子３３はオンになるように、それぞれ制御回路２７により制御される。さらに、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記降圧用スイッチング素子もオン状態、およびオフ状態を維持している。これらのことから、時比率制御量Ｄｓ１４では、実施の形態１で述べたように入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏが実質的に等しいので、すべてのスイッチング素子のオンオフ動作を停止し、第１昇圧用スイッチング素子３３と第１降圧用スイッチング素子３０のみをオンにすることで、入力端子１５と出力端子１９を直結するようにしている。従って、時比率制御量Ｄｓ１４の時点のみでは、スイッチング動作が行われないので、実施の形態１よりも効率が向上する。
【００９４】
なお、時比率制御量Ｄｓ１４において、オン周波数ｆが急に１８ｋＨｚから０Ｈｚになるように制御している理由は、実施の形態１で述べたように、騒音を低減するためである。
【００９５】
次に、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４（第２所定値）より僅かに小さくなると、図１７に示すように、太実線と太破線の相関関係が、それぞれ、Ｙ軸（オン周波数ｆ）に対し対称となる。これは、時比率制御量Ｄｓが、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子とが実質的に同じ周期でオンオフ制御される際の第２所定値に至ると、制御回路２７は前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替えることになる。ゆえに、図１４（ｃ）、（ｄ）、図１５（ｃ）、（ｄ）、および図１６（ｃ）、（ｄ）に示すように、時比率制御量Ｄｓが降圧動作側にある時、第１昇圧用スイッチング素子３３はオン状態を、第２昇圧用スイッチング素子３５はオフ状態を、それぞれ維持する。従って、以降の説明で、前記昇圧用スイッチング素子の動作説明を省略する。
【００９６】
なお、実質的に同じ周期でオンオフ制御される状態についての定義は実施の形態１と同じである。従って、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替えるタイミングは、厳密に時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４に至った際である必要はない。但し、図１７に示すように、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４以上の際は前記降圧用スイッチング素子を、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４以下の際は前記昇圧用スイッチング素子を、それぞれオン、またはオフ制御しているので、その周期は無限大となる。しかし、例えば第１降圧用スイッチング素子３０がオンのままで、第２降圧用スイッチング素子３１がオフのままであれば、いずれも周期が無限大であるため、実施の形態１で述べた「実質的に同じ周期でオンオフ制御される状態」を含むといえる。従って、ここでは、オンオフ制御の中に、オンのみの制御、及びオフのみの制御を含むものと定義する。
【００９７】
時比率制御量Ｄｓが小さくなり、時比率制御量Ｄｓ１５に至ると、図１７の太破線よりオン周波数ｆ３は４０ｋＨｚとなる。これは図１２と同じであるが、太破線であるので、第２降圧用スイッチング素子３１が４０ｋＨｚに対する周期（２５μ秒）で固定オン期間（６．２５μ秒）の間、オンになる制御が繰り返される。そして、第１降圧用スイッチング素子３０は、第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行う。従って、それぞれ、図１４（ａ）、（ｂ）のような波形となる。
【００９８】
次に、時比率制御量Ｄｓがさらに小さくなり、時比率制御量Ｄｓ１６に至ると、図１７の太破線よりオン周波数ｆ４は６０ｋＨｚとなる。これは図１１と同じであるが、太破線であるので、第２降圧用スイッチング素子３１が６０ｋＨｚに対する周期（１６．６７μ秒）で固定オン期間（６．２５μ秒）の間、オンになる制御が繰り返される。そして、第１降圧用スイッチング素子３０は、第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行う。従って、それぞれ、図１５（ａ）、（ｂ）のような波形となる。
【００９９】
次に、時比率制御量Ｄｓがさらに小さくなり、第３所定値である時比率制御量Ｄｓ１７に至ると、図１７の太破線よりオン周波数ｆ１は８０ｋＨｚとなる。これは図１０と同じであるが、太破線であるので、第２降圧用スイッチング素子３１が８０ｋＨｚに対する周期（１２．５μ秒）で固定オン期間（６．２５μ秒）の間、オンになる制御が繰り返される。そして、第１降圧用スイッチング素子３０は、第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作を行う。従って、それぞれ、図１６（ａ）、（ｂ）のような波形となる。
【０１００】
この時点で、オン周波数ｆがＰＷＭ制御に用いられる８０ｋＨｚに至るので、それよりも小さい時比率制御量Ｄｓになると、図１７の太破線に示すように、オン周波数ｆは８０ｋＨｚを維持する。そして、前記降圧用スイッチング素子のみを用いて変動時比率ＰＷＭ制御により降圧動作が行われる。
【０１０１】
ここまでの動作を簡単にまとめると、太陽電池２８の発電量が少ない状態から多くなった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を昇圧動作から、昇降圧動作を経て降圧動作へスムースに切り替える際の昇降圧動作において、時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて、ＰＷＭ制御されているスイッチング素子のパルス波形の周期を、オン期間固定で増減させるので、簡単な動作による昇降圧動作の切替が可能となる。
【０１０２】
なお、太陽電池２８の発電量が多い状態から少なくなった場合は、上記の説明と逆の動作を行えばよい。この場合、第１所定値が時比率制御量Ｄｓ１７に、第３所定値が時比率制御量Ｄｓ１１に、それぞれ代わる。
【０１０３】
上記した昇圧動作から降圧動作に切り替わる際の制御回路２７による制御をまとめると、次のようになる。制御回路２７は、昇圧動作と降圧動作とを切り替える際に、時比率制御量（Ｄｓ）が、パルス幅変調制御を行なえなくなる第１所定値に至ると、パルス幅変調制御を行っている前記昇圧用スイッチング素子、または前記降圧用スイッチング素子に対し、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、２個直列の前記スイッチング素子の一方のオン期間を固定した状態でオン制御を行なうとともに、２個直列の前記スイッチング素子の他方のオフ期間を固定した状態でオフ制御を行なう。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが実質的にオンオフ制御されない際の第２所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子と前記降圧用スイッチング素子の動作を入れ替える。そして、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが第３所定値に至ると、前記昇圧用スイッチング素子により前記昇圧動作を、または前記降圧用スイッチング素子により前記降圧動作を行う。
【０１０４】
以上の構成、動作により、制御回路２７は、昇圧のみの場合、前記昇圧用スイッチング素子に対して、降圧のみの場合、前記降圧用スイッチング素子に対して、それぞれパルス幅変調制御を行なう。そして、制御回路２７は、上記相関関係に基づいて合計４つのスイッチング素子を制御することにより昇降圧切替が可能となる。この切替時に、予め決定された時比率制御量Ｄｓとオン周波数ｆとの相関関係に基づいて求められる周期毎に、オン期間を固定してオン制御とオフ制御を行なうだけであるため、従来のように、２つの三角波を得るための回路が不要となり、簡単な構成で昇降圧が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。
【０１０５】
なお、実施の形態１と本実施の形態２との違いをまとめると、次のようになる。
【０１０６】
まず、実施の形態１では、図２（ｂ）から図５（ｂ）までで、オンオフ動作をしていなかった第２降圧用スイッチング素子３１のオン制御が、オン期間（６．２５μ秒）を固定した状態で行われる。そして、その頻度が図９の相関関係から求められる。ゆえに、実施の形態１では、昇圧から降圧へ動作が切り替わる際に、まず第２降圧用スイッチング素子３１がオンになるパルスが増える制御となる。なお、第１降圧用スイッチング素子３０は第２降圧用スイッチング素子３１と相補な動作となるので、オフなるパルスが増える制御となる。
【０１０７】
次に、図６（ｃ）から図８（ｃ）に示すように、時比率制御量Ｄｓが負に至ると、第１昇圧用スイッチング素子３３のオン制御が、オン期間（６．２５μ秒）を固定した状態で行われる。そして、その頻度が図９の相関関係から求められる。ゆえに、実施の形態１では、昇圧から降圧へ動作が切り替わる際に、時比率制御量Ｄｓが負になると第１昇圧用スイッチング素子３３がオンになるパルスが増える制御となる。そして、第２昇圧用スイッチング素子３５は、オフになるパルスが増える。
【０１０８】
以上より、実施の形態１では、図９の最下に矢印で示したように、昇圧から降圧へ切り替える際に、ＰＷＭ制御されないスイッチング素子（前記降圧用スイッチング素子）のパルスを増やし、降圧動作に入ればＰＷＭ制御を行うことになる。そして、ＰＷＭ制御されていたスイッチング素子（前記昇圧用スイッチング素子）は、前記降圧用スイッチング素子と逆の動作を行う。
【０１０９】
一方、本実施の形態２では、昇圧から降圧へ切り替える際に、図１０（ｃ）から図１３（ｃ）までで、ＰＷＭ制御が行なわれていた第１昇圧用スイッチング素子３３において、オン期間が固定され、オンになる周期が図１７の相関関係により決定される。これは、パルスを減らす動作となる。そして、図１４（ｃ）から図１６（ｃ）に示すように、降圧動作に入れば、第１昇圧用スイッチング素子３３はオン状態を維持する。この動作は図１７の下から２番目の矢印に示される。なお、第２昇圧用スイッチング素子３５は第１昇圧用スイッチング素子３３と相補な動作を行う。また、前記降圧用スイッチング素子は、図１７の最下段の矢印に示すように、前記昇圧用スイッチング素子と逆の動作を行う。
【０１１０】
従って、実施の形態１と本実施の形態２との違いをまとめると、前者は昇圧動作、または降圧動作を行うためのＰＷＭ制御がされていないスイッチング素子のパルスを制御して昇降圧切替を行い、後者は昇圧動作、または降圧動作を行うためのＰＷＭ制御がされているスイッチング素子のパルスを制御して昇降圧切替を行う点が異なる。しかし、いずれの制御を採用しても、簡単な構成で昇降圧切替が可能となる効果が得られる。
【０１１１】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、２個の前記昇圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるとともに、２個の前記降圧用スイッチング素子が同時にオフになる期間を介在させるように適宜決定してもよい。
【０１１２】
また、本実施の形態２では、制御回路２７は、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４以上の際は前記降圧用スイッチング素子を、時比率制御量Ｄｓが時比率制御量Ｄｓ１４以下の際は前記昇圧用スイッチング素子を、それぞれオン、またはオフ制御しているが、これは、例えば上限の可聴周波数ｆ０（＝１８ｋＨｚ）でオンオフ制御をするようにしてもよい。この場合は、図１７の時比率制御量Ｄｓ１４における可聴周波数ｆ０が黒丸になる。
【０１１３】
また、実施の形態１、２では、前記相関関係において、時比率制御量Ｄｓとともにオン周波数ｆが変化する部分を直線関係としているが、これに限定されるものではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の仕様などに応じて、適宜、直線関係以外の相関関係として決定してもよい。
【０１１４】
また、実施の形態１、２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に太陽電池２８を接続した構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、所望の出力電圧Ｖｏに対して、入力電圧Ｖｉの変動が大きく、昇降圧動作が必要な構成、例えば二次電池の充放電回路等に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明にかかるＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧の電圧変換と降圧の電圧変換の両方を行うことが可能であるため、特に入力電圧の変動が大きい太陽電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ等として有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５  入力端子
１７  グランド端子
１９  出力端子
２１  インダクタ
２３  入力電圧検出回路
２５  出力電圧検出回路
２７  制御回路
３０  第１降圧用スイッチング素子
３１  第２降圧用スイッチング素子
３３  第１昇圧用スイッチング素子
３５  第２昇圧用スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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