特許 6982513 昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6982513

(24)【登録日】2021年11月24日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20211206BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 H

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2018-25608(P2018-25608)

(22)【出願日】2018年2月16日

(65)【公開番号】特開2018-153080(P2018-153080A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2021年1月19日

(31)【優先権主張番号】特願2017-47424(P2017-47424)

(32)【優先日】2017年3月13日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2017-47426(P2017-47426)

(32)【優先日】2017年3月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福島 瞬

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１５３２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−４８８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０６９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９８３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７１１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６６４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２７３７６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１上側トランジスタと第１下側トランジスタとの接続構成を有し、入力電圧が印加される降圧用スイッチセットと、
第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとの接続構成を有し、出力電圧を出力する昇圧用スイッチセットと、
前記降圧用スイッチセットの第１接続ノードと前記昇圧用スイッチセットの第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記降圧用スイッチセットおよび前記昇圧用スイッチセットの各トランジスタをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を有し、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行する第１スリープ動作と、前記第１スリープ動作の後に移行する第２スリープ動作を行い、
前記第１スリープ動作では、前記各トランジスタのうちオフとしたトランジスタのボディダイオードを介して前記コイル電流を前記入力電圧側または前記出力電圧側に流し、
前記第２スリープ動作では、前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの電流経路を形成する、
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項2】

前記第１スリープ動作では、前記各トランジスタの全てがオフとされる、ことを特徴とする請求項１に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項3】

前記第１スリープ動作では、前記第１下側トランジスタと前記第２下側トランジスタはオフとされるとともに、昇圧動作と降圧動作に応じて前記第１上側トランジスタと前記第２上側トランジスタの一方がオンとされ、他方がオフとされる、ことを特徴とする請求項１に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記第２スリープ動作では、前記第１上側トランジスタと前記第２上側トランジスタはオフとされるとともに、前記第１下側トランジスタと前記第２下側トランジスタの少なくともいずれかがオンとされる、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記第２スリープ動作では、前記第１下側トランジスタと前記第２下側トランジスタのうち一方がオフとされる、ことを特徴とする請求項４に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項6】

第１上側トランジスタと第１ダイオードまたは第１下側トランジスタとが接続されて構成され、入力電圧が印加される第１接続構成と、
第２ダイオードまたは第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとが接続されて構成され、出力電圧を出力する第２接続構成と、
前記第１接続構成の第１接続ノードと前記第２接続構成の第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続構成と前記第２接続構成の各トランジスタをスイッチ制御するスイッチ制御部と、を備え、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかは備え、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行する第１スリープ動作と、前記第１スリープ動作の後に移行する第２スリープ動作を行い、
前記第１スリープ動作では、前記第２下側トランジスタおよび前記第１下側トランジスタを少なくともオフとし、
前記第２スリープ動作では、前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの電流経路を形成する、
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項7】

第１上側トランジスタと第１下側トランジスタとの接続構成を有し、入力電圧が印加される降圧用スイッチセットと、
第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとの接続構成を有し、出力電圧を出力する昇圧用スイッチセットと、
前記降圧用スイッチセットの第１接続ノードと前記昇圧用スイッチセットの第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの経路に配置される抵抗およびスイッチと、
前記降圧用スイッチセットおよび前記昇圧用スイッチセットの各トランジスタと、前記スイッチをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を有し、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行するスリープ動作を行い、
前記スリープ動作では、前記各トランジスタのうちオフとしたトランジスタのボディダイオードを介して前記コイル電流を前記入力電圧側または前記出力電圧側に流し、
前記スリープ動作では、前記スイッチをオンとする、
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項8】

前記スリープ動作では、前記各トランジスタのスイッチ制御とともに前記スイッチをオンとする、ことを特徴とする請求項７に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項9】

前記スリープ動作は、第１スリープ動作と、前記第１スリープ動作の後に行う第２スリープ動作が含まれ、
前記第１スリープ動作では、前記各トランジスタのスイッチ制御とともに前記スイッチはオフとされ、
前記第２スリープ動作では、前記第１スリープ動作での前記各トランジスタのオンオフ状態は維持されるとともに、前記スイッチはオンとされる、ことを特徴とする請求項７に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項10】

前記スリープ動作では、前記各トランジスタの全てがオフとされる、ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【請求項11】

第１上側トランジスタと第１ダイオードまたは第１下側トランジスタとが接続されて構成され、入力電圧が印加される第１接続構成と、
第２ダイオードまたは第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとが接続されて構成され、出力電圧を出力する第２接続構成と、
前記第１接続構成の第１接続ノードと前記第２接続構成の第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの経路に配置される抵抗およびスイッチと、
前記第１接続構成と前記第２接続構成の各トランジスタと、前記スイッチをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を備え、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかは備え、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行するスリープ動作を行い、
前記スリープ動作では、前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかを介して前記コイル電流を前記出力電圧側に流し、
前記スリープ動作では、前記スイッチをオンとする、
ことを特徴とする昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、昇圧・降圧のいずれも行うことが可能であるＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。このような従来の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの一構成例を図２６に示す。

【0003】

図２６に示す従来の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される第１上側トランジスタＨ１と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される第１下側トランジスタＬ１と、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される第２上側トランジスタＨ２と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される第２下側トランジスタＬ２と、出力コンデンサＣ１と、スイッチ制御部１０５と、コイル１１０と、を有する。

【0004】

第１上側トランジスタＨ１のソースは入力電圧ＶＩＮの印加端に接続され、ドレインは第１下側トランジスタＬ１のドレインに接続される。第１下側トランジスタＬ１のソースは、グランドに接続される。すなわち、第１上側トランジスタＨ１と第１下側トランジスタＬ１とは、入力電圧ＶＩＮとグランドとの間で直列接続される。

【0005】

第２上側トランジスタＨ２のソースは、出力コンデンサＣ１の一端に接続される。出力コンデンサＣ１の他端は、グランドに接続される。第２上側トランジスタＨ２のドレインは、第２下側トランジスタＬ２のドレインに接続される。第２下側トランジスタＬ２のソースは、グランドに接続される。

【0006】

コイル１１０の一端は、第１上側トランジスタＨ１と第１下側トランジスタＬ１とが接続される第１接続ノードＮ１に接続される。コイル１１０の他端は、第２上側トランジスタＨ２と第２下側トランジスタＬ２とが接続される第２接続ノードＮ２に接続される。第２上側トランジスタＨ２のソースと出力コンデンサＣ１の一端には、出力端子Ｔ１が接続される。出力端子Ｔ１に出力電圧ＶＯＵＴが生じる。出力端子Ｔ１に負荷が接続され、当該負荷に出力電流ＩＯＵＴが流れる。

【0007】

スイッチ制御部１０５は、第１上側トランジスタＨ１、第１下側トランジスタＬ１、第２上側トランジスタＨ２、第２下側トランジスタＬ２の各ゲートに電圧を印加することで、各トランジスタのオンオフ制御を行う。

【0008】

このような構成の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、入力電圧ＶＩＮ＞出力電圧ＶＯＵＴとする降圧動作の場合、第２上側トランジスタＨ２をオン、第２下側トランジスタＬ２をオフとした状態で、第１上側トランジスタＨ１と第１下側トランジスタＬ１とを相補的（排他的）にスイッチングさせる。なお、本明細書中で用いられる「相補的（排他的）」という文言は、２つのスイッチのオン／オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点から、２つのスイッチのオン／オフ遷移タイミングで双方がオフとなる期間（デッドタイム）が設けられている場合も含む。

【0009】

一方、入力電圧ＶＩＮ＜出力電圧ＶＯＵＴとする昇圧動作の場合、第１上側トランジスタＨ１をオン、第１下側トランジスタＬ１をオフとした状態で、第２上側トランジスタＨ２と第２下側トランジスタＬ２とを相補的（排他的）にスイッチングさせる。

【0010】

すなわち、第１上側トランジスタＨ１と第１下側トランジスタＬ１とで降圧用スイッチセットが構成され、第２上側トランジスタＨ２と第２下側トランジスタＬ２とで昇圧用スイッチセットが構成される。

【0011】

なお、上記従来技術に関連する文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１３−２３６４３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ここで、上記のような昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の場合、降圧動作・昇圧動作ともに、負荷が軽負荷である場合、各トランジスタの通常のスイッチング動作（以下、通常動作）時に、コイル１１０に流れるコイル電流ＩＬがマイナス方向（プラス方向は前段から後段側へ流れる方向とする）に逆流することが生じうる。このとき、出力コンデンサＣ１からの逆流となるので、効率が低下する。

【0014】

そこで、負荷が軽負荷であることを検出し、スイッチング動作を通常動作からスリープ動作に切り替えることで効率を改善できる。軽負荷の検出はコイル電流をモニターすることで行うことができ、コイル電流ＩＬがプラス方向からマイナス方向となる切替わり点を検出して、検出時にスイッチング動作を切替える制御方法が考えられる。

【0015】

ここで、図２７は、負荷が軽負荷の降圧動作時において通常動作からスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。図２７において、上段から下段へかけて順に、コイル電流ＩＬ、第１接続ノードＮ１に生じる電圧である第１スイッチング電圧ＳＷ１、第２接続ノードＮ２に生じる電圧である第２スイッチング電圧ＳＷ２、第１上側トランジスタＨ１のオンオフ状態、第１下側トランジスタＬ１のオンオフ状態、第２上側トランジスタＨ２のオンオフ状態、および第２下側トランジスタＬ２のオンオン状態を示す。

【0016】

図２７に示すように、通常動作（WAKE UP）では、第２上側トランジスタＨ２をオン、第２下側トランジスタＬ２をオフとした状態で、第１上側トランジスタＨ１をオン、第１下側トランジスタＬ１をオフとする。すると、プラス方向のコイル電流ＩＬが増加する。そして、第１上側トランジスタＨ１をオフ、第１下側トランジスタＬ１をオンとすると、プラス方向のコイル電流ＩＬは減少する。そして、コイル電流ＩＬがプラス方向からマイナス方向へ切替わったこと（すなわちゼロクロス）をスイッチング制御部１０５が検出する。すると、スイッチング制御部１０５は、モードを通常動作からスリープ動作(SLEEP)へ切替え、４つの全てのトランジスタをオフとする。

【0017】

これにより、コイル電流ＩＬがマイナス方向に逆流することが回避され、効率低下を抑制することができる。なお、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出は、例えば、第１下側トランジスタＬ１のドレイン・ソース間電圧を監視することで行うことができる。

【0018】

しかしながら、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出が早かったり、遅い場合が生じる。ゼロクロス検出が早い場合、スリープ動作へ移行したときにプラス方向のコイル電流ＩＬが残っていることになる。この場合、全てのトランジスタがオフであるので、コイル電流ＩＬは、第１下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル１１０、第２上側トランジスタＨ２のボディダイオードを介した経路で流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。

【0019】

一方、ゼロクロス検出が遅かった場合、スリープ動作へ移行したときにマイナス方向のコイル電流ＩＬが残っていることになる。この場合、全てのトランジスタがオフであるので、コイル電流ＩＬは、第２下側トランジスタＬ２のボディダイオード、コイル１１０、第１上側トランジスタＨ１のボディダイオードを介した経路で流れ、入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。

【0020】

すなわち、ゼロクロス検出のずれがいずれの場合でも、電流が回生されることとなるので、電力の無駄はほとんど生じないことになる。

【0021】

しかしながら、スリープ動作時にすべてのトランジスタをオフとすると、入力電圧ＶＩＮ、第１上側トランジスタＨ１、コイル１１０、第２上側トランジスタＨ２、出力電圧ＶＯＵＴという順の経路でリーク電流が生じる場合に、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がってしまうという問題点がある。

【0022】

ここで、図２８は、負荷が軽負荷の降圧動作時において通常動作から上記図２７とは異なる方法でのスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。図２８の制御では、スリープ動作へ切替えたときに、両方の上側トランジスタをオフとし、両方の下側トランジスタをオンとする。

【0023】

これにより、入力電圧ＶＩＮから第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合でも、リーク電流は第１下側トランジスタＬ１を介してグランド側へ流れる。従って、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることを回避できる。

【0024】

しかしながら、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出が早かったり、遅かったりしていずれかの方向のコイル電流ＩＬが残った場合、残った電流は、第１下側トランジスタＬ１、第２下側トランジスタＬ２、およびコイル１１０を介したループ経路で流れ続ける。すると、トランジスタのオン抵抗、およびコイル１１０の抵抗成分（ＤＣＲ）により、電力損失が生じてしまう問題がある。

【0025】

上記状況に鑑み、本発明は、軽負荷状態において、電力損失が生じることを抑制し、且つ、リーク電流による出力電圧上昇を抑制できる昇降圧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】

【0026】

本発明の第１態様に係る昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１上側トランジスタと第１下側トランジスタとの接続構成を有し、入力電圧が印加される降圧用スイッチセットと、
第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとの接続構成を有し、出力電圧を出力する昇圧用スイッチセットと、
前記降圧用スイッチセットの第１接続ノードと前記昇圧用スイッチセットの第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記降圧用スイッチセットおよび前記昇圧用スイッチセットの各トランジスタをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を有し、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行する第１スリープ動作と、前記第１スリープ動作の後に移行する第２スリープ動作を行い、
前記第１スリープ動作では、前記各トランジスタのうちオフとしたトランジスタのボディダイオードを介して前記コイル電流を前記入力電圧側または前記出力電圧側に流し、
前記第２スリープ動作では、前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの電流経路を形成する構成としている。

【0027】

本発明の第２態様に係る昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１上側トランジスタと第１ダイオードまたは第１下側トランジスタとが接続されて構成され、入力電圧が印加される第１接続構成と、
第２ダイオードまたは第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとが接続されて構成され、出力電圧を出力する第２接続構成と、
前記第１接続構成の第１接続ノードと前記第２接続構成の第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続構成と前記第２接続構成の各トランジスタをスイッチ制御するスイッチ制御部と、を備え、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかは備え、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行する第１スリープ動作と、前記第１スリープ動作の後に移行する第２スリープ動作を行い、
前記第１スリープ動作では、前記第２下側トランジスタおよび前記第１下側トランジスタを少なくともオフとし、
前記第２スリープ動作では、前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの電流経路を形成する構成としている。

【0028】

本発明の第３態様に係る昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１上側トランジスタと第１下側トランジスタとの接続構成を有し、入力電圧が印加される降圧用スイッチセットと、
第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとの接続構成を有し、出力電圧を出力する昇圧用スイッチセットと、
前記降圧用スイッチセットの第１接続ノードと前記昇圧用スイッチセットの第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの経路に配置される抵抗およびスイッチと、
前記降圧用スイッチセットおよび前記昇圧用スイッチセットの各トランジスタと、前記スイッチをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を有し、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行するスリープ動作を行い、
前記スリープ動作では、前記各トランジスタのうちオフとしたトランジスタのボディダイオードを介して前記コイル電流を前記入力電圧側または前記出力電圧側に流し、
前記スリープ動作では、前記スイッチをオンとする構成としている。

【0029】

本発明の第４態様に係る昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１上側トランジスタと第１ダイオードまたは第１下側トランジスタとが接続されて構成され、入力電圧が印加される第１接続構成と、
第２ダイオードまたは第２上側トランジスタと第２下側トランジスタとが接続されて構成され、出力電圧を出力する第２接続構成と、
前記第１接続構成の第１接続ノードと前記第２接続構成の第２接続ノードとを接続するコイルと、
前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの少なくともいずれかからグランドへの経路に配置される抵抗およびスイッチと、
前記第１接続構成と前記第２接続構成の各トランジスタと、前記スイッチをスイッチ制御するスイッチ制御部と、
を備え、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかは備え、
前記スイッチ制御部は、軽負荷を検出したときに通常動作から移行するスリープ動作を行い、
前記スリープ動作では、前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの少なくともいずれかを介して前記コイル電流を前記出力電圧側に流し、
前記スリープ動作では、前記スイッチをオンとする構成としている。

【発明の効果】

【0030】

本発明の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータによれば、軽負荷状態において、電力損失が生じることを抑制し、且つ、リーク電流による出力電圧上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの一構成例を示す回路図である。

【図2】軽負荷時の降圧動作時において通常動作から本発明の一実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図3】一実施形態に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（プラス方向）の流れる経路を示す図である。

【図4】一実施形態に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（マイナス方向）の流れる経路を示す図である。

【図5】一実施形態に係る第２スリープ動作時のスイッチパターンとリーク電流の流れる経路を示す図である。

【図6】軽負荷時の昇圧動作時において通常動作から本発明の一実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図7】変形例に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（プラス方向）の流れる経路を示す図である（降圧動作時）。

【図8】変形例に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（マイナス方向）の流れる経路を示す図である（降圧動作時）。

【図9】変形例に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（プラス方向）の流れる経路を示す図である（昇圧動作時）。

【図10】変形例に係る第１スリープ動作時のスイッチパターンとコイル電流（マイナス方向）の流れる経路を示す図である（昇圧動作時）。

【図11】変形例に係る第２スリープ動作時のスイッチパターンとリーク電流の流れる経路を示す図である。

【図12】別の変形例に係る第２スリープ動作時のスイッチパターンとリーク電流の流れる経路を示す図である。

【図13】降圧動作時にコイル電流のゼロクロス検出が早かった場合の一例を示すタイミングチャートである。

【図14】降圧動作時にコイル電流のゼロクロス検出が遅かった場合の一例を示すタイミングチャートである。

【図15】ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおける第１スリープ動作時のスイッチングパターンを示す図である。

【図16】ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおける第２スリープ動作時のスイッチングパターンを示す図である。

【図17】本発明の一実施形態に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。

【図18】軽負荷時の降圧動作時において通常動作から本発明の一実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図19】一実施形態に係るスリープ動作時のスイッチパターンを示す図である。

【図20】軽負荷時の昇圧動作時において通常動作から本発明の一実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図21】本発明の第１変形例に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるスリープ動作時のスイッチパターンを示す図である。

【図22】本発明の第２変形例に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるスリープ動作時のスイッチパターンを示す図である。

【図23】軽負荷時の降圧動作時において通常動作から本発明の別実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図24】軽負荷時の昇圧動作時において通常動作から本発明の別実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【図25】本発明の一実施形態に係るダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。

【図26】従来例に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す図である。

【図27】従来例に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるスリープ動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図28】従来例に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるスリープ動作の別の一例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0033】

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。図１の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成については、先述した図２６に示した構成と同様であるので、ここでは説明を省く。以下では、本発明の主な特徴となるスリープ動作の方法について特に説明する。また、以下で説明する各種のスイッチ制御およびコイル電流ＩＬのゼロクロス検出を行う主体は、スイッチ制御部１５であるとする。

【0034】

＜１−１．スリープ動作の基本的な実施形態＞
ここでは、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０において実行されるスリープ動作の基本的な実施形態について説明する。図２は、負荷が軽負荷の降圧動作時において通常動作から本実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。

【0035】

図２に示すように、本実施形態では、通常動作（WAKE UP）によりコイル電流ＩＬが増加・減少し、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出がされると、通常動作からスリープ動作へ切替わる。具体的には、まず第１スリープ動作（SLEEP1）へ移行し、その後、第２スリープ動作（SLEEP2）へ移行する。

【0036】

第１スリープ動作へ移行すると、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０における４つの全てのトランジスタがオフとされる。このとき、ゼロクロス検出が早く、プラス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図３に示すように、コイル電流ＩＬは、第１下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル２０、第２上側トランジスタＨ２のボディダイオードの順の経路で流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。一方、ゼロクロス検出が遅く、マイナス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図４に示すように、コイル電流ＩＬは、第２下側トランジスタＬ２のボディダイオード、コイル２０、第１上側トランジスタＨ１のボディダイオードの順の経路で流れ、入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。

【0037】

このように、ゼロクロス検出がいずれにずれた場合でも、電流は出力電圧ＶＯＵＴ側または入力電圧ＶＩＮ側へ回生されるので、電力損失を抑制できる。

【0038】

図２に示すように、第１スリープ動作へ移行したタイミングから一定時間が経過すると、第２スリープ動作へ移行される。第２スリープ動作に移行すると、２つの上側トランジスタはオフとされ、２つの下側トランジスタはオンとされる。

【0039】

このとき、図５に示すように、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合に、リーク電流はオンとなった第１下側トランジスタＬ１を介してグランドへ流れる。従って、リーク電流が出力電圧ＶＯＵＴ側へ流れて出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がってしまうことを抑制できる。

【0040】

このように、本実施形態のスリープ動作であれば、コイル電流のゼロクロス検出がずれた場合でも電力損失が生じることを抑制し、且つ、リーク電流による出力電圧上昇を抑制できる。

【0041】

なお、図６に示すように、負荷が軽負荷の昇圧動作の場合でも、上述した降圧動作の場合と同様のスリープ動作を行うことができる。すなわち、本実施形態であれば、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴの大小関係に依らず、同様のスリープ動作を行うことができ、同様の効果を得ることができる。

【0042】

＜１−２．第１スリープ動作の変形例＞
第１スリープ動作については、上述したものとは他に、次のようなものとしてもよい。ここでの変形例に係る第１スリープ動作では、降圧動作時と昇圧動作時とで制御を切替える。

【0043】

具体的には、降圧動作で入力電圧ＶＩＮ＞出力電圧ＶＯＵＴの場合、図７、図８に示すように、第２上側トランジスタＨ２をオンとし、それ以外のトランジスタをオフとする。

【0044】

この場合、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出が早く、プラス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図７に示すように、コイル電流ＩＬは、第１下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル２０、第２上側トランジスタＨ２のチャネルの順の経路で流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。一方、ゼロクロス検出が遅く、マイナス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図８に示すように、コイル電流ＩＬは、出力電圧ＶＯＵＴ側から第２上側トランジスタＨ２のチャネル、コイル２０、第１上側トランジスタＨ１のボディダイオードの順の経路で流れ、入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。

【0045】

また、昇圧動作で入力電圧ＶＩＮ＜出力電圧ＶＯＵＴの場合、図９、図１０に示すように、第１上側トランジスタＨ１をオンとし、それ以外のトランジスタをオフとする。

【0046】

この場合、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出が早く、プラス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図９に示すように、コイル電流ＩＬは、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１のチャネル、コイル２０、第２上側トランジスタＨ２のボディダイオードの順の経路で流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。一方、ゼロクロス検出が遅く、マイナス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図１０に示すように、コイル電流ＩＬは、第２下側トランジスタＬ２のボディダイオード、コイル２０、第１上側トランジスタＨ１のチャネルの順の経路で流れ、入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。

【0047】

このように、本変形例に係る第１スリープ動作であっても、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出のずれが生じた場合でも、電流は入力電圧ＶＩＮまたは出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生されるので、電力損失を抑制することができる。

【0048】

＜１−３．第２スリープ動作の変形例＞
第２スリープ動作については、上述したものとは他に、次のようなものとしてもよい。例えば、図１１に示すように、第２スリープ動作では、第１下側トランジスタＬ１をオンとし、それ以外のトランジスタをオフとしてもよい。この場合、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合に、リーク電流はオンとなった第１下側トランジスタＬ１を介してグランドへ流れる。従って、リーク電流が出力電圧ＶＯＵＴ側へ流れて出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がってしまうことを抑制できる。

【0049】

また、図１２に示すように、第２スリープ動作では、第２下側トランジスタＬ２をオンとし、それ以外のトランジスタをオフとしてもよい。この場合、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合に、リーク電流はコイル２０、およびオンとなった第２下側トランジスタＬ２を介してグランドへ流れる。従って、リーク電流が出力電圧ＶＯＵＴ側へ流れて出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がってしまうことを抑制できる。

【0050】

なお、第２スリープ動作の前に行う第１スリープ動作では、いずれの下側トランジスタもオフとするので、第２スリープ動作では、図１１、図１２で示したようにいずれかの下側トランジスタをオフとする方法のほうがオフを維持できるので、スイッチングの切替を行う必要がない。

【0051】

＜１−４．第１スリープ動作から第２スリープ動作へ移行するタイミングについて＞
先述したように、第１スリープ動作に移行したタイミングから一定時間経過したタイミングで、第２スリープ動作へ移行する。ここでは、この一定時間について説明する。

【0052】

図１３は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０（図１）において、降圧動作のときにコイル電流ＩＬのゼロクロス検出が早かった場合の一例を示すタイミングチャートである。この場合、プラス方向のコイル電流ＩＬが残った状態で通常動作から第１スリープ動作へ移行する。

【0053】

この場合、図３に示すように第１スリープ動作では全てのトランジスタをオフとし、電流がトランジスタのボディダイオードを流れるので、第１接続ノードＮ１に生じる電圧である第１スイッチング電圧ＳＷ１は、グランドより低くなり、第２接続ノードＮ２に生じる電圧である第２スイッチング電圧ＳＷ２は、出力電圧ＶＯＵＴよりも高くなる。

【0054】

その後、コイル電流ＩＬがゼロになると、第１接続ノードＮ１および第２接続ノードＮ２の各寄生容量とコイル２０により共振が発生し、第１スイッチング電圧ＳＷ１および第２スイッチング電圧ＳＷ２が揺れる。従って、第１スリープ動作へ移行したタイミングから、共振が発生して第１スイッチング電圧ＳＷ１および第２スイッチング電圧ＳＷ２に揺れが生じたときまでの時間を上記一定時間として予め設定することが望ましい。これにより、コイル電流ＩＬがゼロになるのを待って第２スリープ動作へ移行することができる。

【0055】

同様に、図１４は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０において、降圧動作のときにコイル電流ＩＬのゼロクロス検出が遅かった場合の一例を示すタイミングチャートである。この場合、マイナス方向のコイル電流ＩＬが残った状態で通常動作から第１スリープ動作へ移行する。

【0056】

この場合、図４に示すように第１スリープ動作では全てのトランジスタをオフとし、電流がトランジスタのボディダイオードを流れるので、第１スイッチング電圧ＳＷ１は、入力電圧ＶＩＮよりも高くなり、第２スイッチング電圧ＳＷ２は、グランドよりも低くなる。

【0057】

その後、コイル電流ＩＬがゼロになると、共振の発生により第１スイッチング電圧ＳＷ１および第２スイッチング電圧ＳＷ２が揺れることは先述と同様である。従って、上記一定時間を先述のように設定することが望ましい。

【0058】

＜１−５．ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ＞
ここでは、ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた実施形態について説明する。図１５は、本発明の一実施形態に係るダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の構成を示す図である。昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、上側トランジスタＨ１と、ダイオードＤ１と、コイル２０と、ダイオードＤ２と、下側トランジスタＬ２と、出力コンデンサＣ１と、スイッチ制御部１５２と、を備える。

【0059】

上側トランジスタＨ１のソースには、入力電圧ＶＩＮの印加端が接続され、上側トランジスタＨ１のドレインには、ダイオードＤ１のカソードが接続される。ダイオードＤ１のアノードには、グランドが接続される。

【0060】

下側トランジスタＬ２のソースには、グランドが接続され、下側トランジスタＬ２のドレインには、ダイオードＤ２のアノードが接続される。ダイオードＤ２のカソードには、出力コンデンサＣ１の一端が接続される。ダイオードＤ２と出力コンデンサＣ１との接続点に、出力電圧ＶＯＵＴが発生する。

【0061】

上側トランジスタＨ１とダイオードＤ１とが接続される第１接続ノードＮ１にコイル２０の一端が接続され、ダイオードＤ２と下側トランジスタＬ２とが接続される第２接続ノードＮ２にコイル２０の他端が接続される。

【0062】

スイッチ制御部１５２は、上側トランジスタＨ１と下側トランジスタＬ２のスイッチ制御を行う。スイッチ制御部１５２は、下記の通常動作およびスリープ動作の制御を行う主体となる。

【0063】

降圧動作では、下側トランジスタＬ２をオフに維持した状態で、上側トランジスタＨ１のオンオフを繰り返す。昇圧動作では、上側トランジスタＨ１をオンに維持した状態で、下側トランジスタＬ２のオンオフを繰り返す。

【0064】

本実施形態でスリープ動作は、第１スリープ動作と、その後に行う第２スリープ動作を含む。スイッチ制御部１５２は、軽負荷状態での降圧動作または昇圧動作のときに、コイル電流ＩＬのゼロクロスを検出すると、第１スリープ動作へ移行し、上側トランジスタＨ１および下側トランジスタＬ２をともにオフとする（図１５）。これにより、ゼロクロスの検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬはダイオードＤ１、コイル２０、およびダイオードＤ２を介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。従って、電力損失を抑えることができる。

【0065】

第１スリープ動作の後、第２スリープ動作へ移行し、図１６に示すように、上側トランジスタＨ１をオフ、下側トランジスタＬ２をオンとする。これにより、図１６の実線矢印で示すように、入力電圧ＶＩＮから上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合でも、リーク電流は下側トランジスタＬ２を介してグランド側へ流れる。従って、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることを回避できる。

【0066】

なお、第１スリープ動作では、下側トランジスタＬ２はオフとし、ＶＩＮ＞ＶＯＵＴの場合は、上側トランジスタＨ１をオフ、ＶＩＮ＜ＶＯＵＴの場合は、上側トランジスタＨ１をオンとしてもよい。

【0067】

また、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の構成において、ダイオードＤ１を下側トランジスタＬ１に置き換えてもよい。この場合、降圧動作では、下側トランジスタＬ２をオフとし、上側トランジスタＨ１と下側トランジスタＬ１を相補的にスイッチングする。昇圧動作では、上側トランジスタＨ１をオンとした状態で、下側トランジスタＬ２をオンオフする。

【0068】

この構成においては、第１スリープ動作では、全てのトランジスタをオフとする。これにより、ゼロクロス検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬは、オフとなった下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル２０、およびダイオードＤ２を介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側に回生される。そして、第２スリープ動作では、上側トランジスタＨ１をオフとし、下側トランジスタＬ１、Ｌ２の少なくとも一方をオンとする。これにより、リーク電流はグランドへ流れるので、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることを回避できる。

【0069】

また、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の構成において、ダイオードＤ２を上側トランジスタＨ２に置き換えてもよい。この場合、降圧動作では、下側トランジスタＬ２をオフとし、上側トランジスタＨ２をオンとし、上側トランジスタＨ１をオンオフする。昇圧動作では、上側トランジスタＨ１をオンとした状態で、上側トランジスタＨ２と下側トランジスタＬ２を相補的にスイッチングする。

【0070】

この構成においては、第１スリープ動作では、全てのトランジスタをオフとする。これにより、ゼロクロス検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬは、ダイオードＤ１、コイル２０、およびオフとなった上側トランジスタＨ２のボディダイオードを介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側に回生される。そして、第２スリープ動作では、上側トランジスタＨ１をオフとし、下側トランジスタＬ２をオンとする。これにより、リーク電流はグランドへ流れるので、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることを回避できる。

【0071】

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について述べる。

【0072】

＜２−１．昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成＞
図１７は、本発明の一実施形態に係る昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成を示す図である。図１７に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、先述した図２６に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と同様の構成に対して、抵抗Ｒ１およびスイッチ２１を追加した構成となる。

【0073】

昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０において、第１上側トランジスタＨ１、第１下側トランジスタＬ１、第２上側トランジスタＨ２、第２下側トランジスタＬ２、コイル１１０、出力コンデンサＣ１、出力端子Ｔ１から構成される部分については、図２６と同様であるので、ここでは詳述を省く。

【0074】

抵抗Ｒ１およびスイッチ２１に関する構成について具体的に述べると、第１接続ノードＮ１には、抵抗Ｒ１の一端が接続される。抵抗Ｒ１の他端は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ２１のドレインに接続される。スイッチ２１のソースは、グランドに接続される。すなわち、第１接続ノードＮ１は、グランドにプルダウンされる。

【0075】

また、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０はスイッチ制御部１５を有しており、スイッチ制御部１５は、上側トランジスタおよび下側トランジスタのオンオフ制御を行うとともに、スイッチ２１のオンオフ制御を行う。スイッチ制御部１５は、以下で説明するスリープ動作を行う主体となる。また、スイッチ制御部１５は、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出も行う。

【0076】

＜２−２．スリープ動作の第１実施形態＞
ここでは、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０において実行されるスリープ動作の第１実施形態について説明する。図１８は、負荷が軽負荷の降圧動作時において通常動作から第１実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。なお、図１８において、上段から下段へかけて順に、コイル電流ＩＬ、第１接続ノードＮ１に生じる電圧である第１スイッチング電圧ＳＷ１、第２接続ノードＮ２に生じる電圧である第２スイッチング電圧ＳＷ２、第１上側トランジスタＨ１のオンオフ状態、第１下側トランジスタＬ１のオンオフ状態、第２上側トランジスタＨ２のオンオフ状態、および第２下側トランジスタＬ２のオンオン状態を示し、最下段には、スイッチ２１のオンオフ状態を示す。

【0077】

図１８に示すように、本実施形態では、通常動作（WAKE UP）においては、第２上側トランジスタＨ２をオンとし、第２下側トランジスタＬ２をオフとした状態で、第１上側トランジスタＨ１と第１下側トランジスタＬ１を相補的にスイッチングする。このとき、スイッチ２１はオフとする。通常動作においてプラス方向のコイル電流ＩＬが増加・減少し、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出がされると、通常動作からスリープ動作(SLEEP)へ切替わる。

【0078】

スリープ動作へ移行すると、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０における上側トランジスタと下側トランジスタの全てがオフとされるとともに、スイッチ２１がオンとされる。このときのスイッチパターンを図１９に示す。

【0079】

このとき、ゼロクロス検出が早く、プラス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図１９の破線矢印に示すように、コイル電流ＩＬは、第１下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル１１０、第２上側トランジスタＨ２のボディダイオードの順の経路で流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。一方、ゼロクロス検出が遅く、マイナス方向のコイル電流ＩＬが残った場合、図１９の一点鎖線矢印に示すように、コイル電流ＩＬは、第２下側トランジスタＬ２のボディダイオード、コイル１１０、第１上側トランジスタＨ１のボディダイオードの順の経路で流れ、入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。

【0080】

このように、ゼロクロス検出がいずれにずれた場合でも、電流は出力電圧ＶＯＵＴ側または入力電圧ＶＩＮ側へ回生されるので、電力損失を抑制できる。

【0081】

また、このとき、図１９の実線矢印に示すように、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介してリーク電流が流れた場合に、リーク電流は第１接続ノード、抵抗Ｒ１、およびスイッチ２１を介してグランドへ流れる。従って、リーク電流が出力電圧ＶＯＵＴ側へ流れて、出力電圧ＶＯＵＴが上昇することを回避できる。

【0082】

なお、抵抗Ｒ１の抵抗値が小さいと、コイル電流ＩＬの一部が抵抗Ｒ１に流れるため、電力損失が生じる。しかしながら、抵抗Ｒ１の抵抗値は、リーク電流を吸収できれば或る程度大きな値でもよく、リーク電流と抵抗Ｒ１の抵抗値との積により算出される電圧値が出力電圧ＶＯＵＴよりも低ければ、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることはない。

【0083】

このように本実施形態に係るスリープ動作を行うことにより、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出がずれた場合でも電力損失が生じることを抑制し、且つ、リーク電流による出力電圧ＶＯＵＴの上昇を抑制できる。

【0084】

また、図２０に示すように、負荷が軽負荷の昇圧動作の場合でも、上述した降圧動作の場合と同様のスリープ動作を行うことができる。すなわち、本実施形態であれば、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴの大小関係に依らず、同様のスリープ動作を行うことができ、同様の効果を得ることができる。

【0085】

＜２−３．昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成に関する変形例＞
図２１は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの第１変形例の構成を示す図である。図２１に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの構成は、先述した図１７に示す構成との相違点として、抵抗Ｒ１の一端が第２接続ノードＮ２に接続されることである。すなわち、第２接続ノードＮ２がプルダウンされる構成となる。昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの有するスイッチ制御部１５Ａは、上側トランジスタと下側トランジスタのオンオフ制御を行うとともに、スイッチ２１のオンオフ制御を行う。

【0086】

このような昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａにおいても、先述した第１実施形態に係るスリープ動作と同様のスリープ動作を行うことができる。すなわち、スリープ動作に移行すると、図２１に示すように、上側トランジスタと下側トランジスタを全てオフとするとともに、スイッチ２１をオンとする。

【0087】

これにより、図２１の矢印に示すように、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流は、コイル１１０、抵抗Ｒ１、およびスイッチ２１を介してグランドへ流れる。これにより、リーク電流による出力電圧ＶＯＵＴの上昇を回避できる。

【0088】

また、図２２は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの第２変形例の構成を示す図である。図２２に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｂの構成では、第１接続ノードＮ１とグランドの間に抵抗Ｒ１およびスイッチ２１が設けられるとともに、第２接続ノードＮ２とグランドの間に抵抗Ｒ２およびスイッチ２５が設けられる。すなわち、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２の両方がプルダウンされる構成となる。

【0089】

このような昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｂにおいても、先述した第１実施形態に係るスリープ動作と同様のスリープ動作を行うことができる。すなわち、スリープ動作に移行すると、図２２に示すように、上側トランジスタと下側トランジスタを全てオフとするとともに、スイッチ２１およびスイッチ２５をともにオンとする。

【0090】

これにより、図２２の矢印に示すように、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流は、抵抗Ｒ１、およびスイッチ２１を介してグランドへ流れる。これにより、リーク電流による出力電圧ＶＯＵＴの上昇を回避できる。

【0091】

＜２−４．スリープ動作の第２実施形態＞
次に、先述した図１７に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０において行われるスリープ動作の第２実施形態について説明する。

【0092】

図２３は、負荷が軽負荷の降圧動作時において通常動作から第２実施形態に係るスリープ動作へ切替える制御を行った例を示すタイミングチャートである。本実施形態では、スリープ動作は、第１スリープ動作と、第１スリープ動作の後に行う第２スリープ動作から構成される。

【0093】

図２３に示すように、通常動作（WAKE UP）においてプラス方向のコイル電流ＩＬが増加・減少し、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出がされると、まず第１スリープ動作（SLEEP1）へ移行する。第１スリープ動作では、上側トランジスタと下側トランジスタの全てがオフとされるとともに、スイッチ２１がオフとされる。

【0094】

このとき、先述した図１９でも示した通り、ゼロクロス検出が早い場合、遅い場合のいずれの場合（コイル電流ＩＬの向きがいずれの方向）でも、コイル電流ＩＬはオフとなったトランジスタのボディダイオードを介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側または入力電圧ＶＩＮ側へ回生される。但し、本実施形態の第１スリープ動作では、図１９においてスイッチ２１はオフとした状態であるので、コイル電流ＩＬの一部が抵抗Ｒ１に流れることは回避され、電力損失の発生を抑制することができる。

【0095】

第１スリープ動作へ移行したタイミングから一定時間が経過したタイミングにて、図２３に示すように、第２スリープ動作へ移行する。この一定時間は、第１スリープ動作時に回生されるコイル電流ＩＬが減少してゼロとなるのに必要な時間に設定されることが望ましい。

【0096】

第２スリープ動作では、上側トランジスタと下側トランジスタの全てがオフとされるとともに、スイッチ２１がオンとされる。これにより、スイッチパターンとしては図１９で示したものと同様となり、図１９の実線矢印で示したように、入力電圧ＶＩＮ側から第１上側トランジスタＨ１を介してリーク電流が流れた場合に、リーク電流は、抵抗Ｒ１およびスイッチ２１を介してグランドへ流れる。従って、リーク電流が出力電圧ＶＯＵＴ側へ流れて出力電圧ＶＯＵＴが上昇することが回避される。

【0097】

なお、図１７に示す昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成において、抵抗Ｒ１およびスイッチ２１を設けない構成として、第２スリープ動作時には、両方の上側トランジスタはオフとし、下側トランジスタの少なくともいずれか一方をオンとすることでも、リーク電流を下側トランジスタを介してグランドへ流すことができる。

【0098】

しかしながら、下側トランジスタのオン抵抗は小さいため、第１上側トランジスタＨ１のドレイン・ソース間がショートした場合、入力電圧ＶＩＮ側からグランドへの短絡経路が形成され、過電流が生じる虞がある。これに対し、本実施形態であれば、第１上側トランジスタＨ１のドレイン・ソース間がショートした場合でも、電流は抵抗Ｒ１を介してグランドへ流れるので、抵抗Ｒ１によって電流は制限され、過電流の発生は抑制される。

【0099】

なお、図２４に示すように、軽負荷時の昇圧動作の場合においても、先述した図２３の降圧動作の場合と同様のスイッチ制御にて、第１スリープ動作、および第２スリープ動作を行う。

【0100】

また、第１スリープ動作と第２スリープ動作の２段階を行う本実施形態に係るスリープ動作については、図１７に示す構成の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、図２１または図２２に示す構成の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータにおいても実施することができる。

【0101】

すなわち、図２１に示す構成の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの場合は、第２接続ノードＮ２に接続されたスイッチ２１を第１スリープ動作ではオフとし、第２スリープ動作ではオンとする。また、図２２に示す構成の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｂの場合は、第１接続ノードＮ１に接続されたスイッチ２１と第２接続ノードＮ２に接続されたスイッチ２５をともに、第１スリープ動作ではオフとし、第２スリープ動作ではオンとする。

【0102】

これにより、図２１、図２２のいずれの構成であっても、第１スリープ動作によって、コイル電流ＩＬのゼロクロス検出がずれた場合に電流の回生を行い、その際、コイル電流ＩＬの一部が抵抗に流れることを回避できる。そして、第２スリープ動作によって、リーク電流をグランドへ流し、リーク電流によって出力電圧ＶＯＵＴが上昇することを回避できる。

【0103】

＜２−５．ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ＞
ここでは、ダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた実施形態について説明する。図２５は、本発明の一実施形態に係るダイオード整流型の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１５Ｃの構成を示す図である。昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１５Ｃは、上側トランジスタＨ１と、ダイオードＤ１と、コイル１１０と、ダイオードＤ２と、下側トランジスタＬ２と、出力コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、スイッチ２１と、スイッチ制御部１５Ｃと、を備える。

【0104】

上側トランジスタＨ１のソースには、入力電圧ＶＩＮの印加端が接続され、上側トランジスタＨ１のドレインには、ダイオードＤ１のカソードが接続される。ダイオードＤ１のアノードには、グランドが接続される。

【0105】

下側トランジスタＬ２のソースには、グランドが接続され、下側トランジスタＬ２のドレインには、ダイオードＤ２のアノードが接続される。ダイオードＤ２のカソードには、出力コンデンサＣ１の一端が接続される。ダイオードＤ２と出力コンデンサＣ１との接続点に、出力電圧ＶＯＵＴが発生する。

【0106】

上側トランジスタＨ１とダイオードＤ１とが接続される第１接続ノードＮ１にコイル１１０の一端が接続され、ダイオードＤ２と下側トランジスタＬ２とが接続される第２接続ノードＮ２にコイル１１０の他端が接続される。

【0107】

抵抗Ｒ１とスイッチ２１は、第１接続ノードＮ１とグランドとの間に接続される。

【0108】

スイッチ制御部１５Ｃは、上側トランジスタＨ１、下側トランジスタＬ２、およびスイッチ２１のスイッチ制御を行う。スイッチ制御部１５Ｃは、下記の通常動作およびスリープ動作の制御を行う主体となる。

【0109】

降圧動作では、下側トランジスタＬ２をオフに維持した状態で、上側トランジスタＨ１のおオンオフを繰り返す。昇圧動作では、上側トランジスタＨ１をオンに維持した状態で、下側トランジスタＬ２のオンオフを繰り返す。なお、昇降圧動作時には、スイッチ２１はオフである。

【0110】

スイッチ制御部１５Ｃは、軽負荷状態での降圧動作または昇圧動作のときに、コイル電流ＩＬのゼロクロスを検出すると、スリープ動作へ移行し、上側トランジスタＨ１および下側トランジスタＬ２をともにオフとする（図２５）。これにより、ゼロクロスの検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬはダイオードＤ１、コイル１１０、およびダイオードＤ２を介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。従って、電力損失を抑えることができる。

【0111】

このとき、スイッチ２１をオンとする。これにより、図２５の実線矢印で示すように、入力電圧ＶＩＮから上側トランジスタＨ１を介して流れるリーク電流が生じた場合でも、リーク電流は抵抗Ｒ１およびスイッチ２１を介してグランド側へ流れる。従って、出力電圧ＶＯＵＴが持ち上がることを回避できる。

【0112】

なお、スリープ動作は、第１スリープ動作、および第２スリープ動作の２段階で行ってもよい。この場合、第１スリープ動作では、スイッチ２１はオフとして、上側トランジスタＨ１と下側トランジスタＬ２をともにオフとする。これにより、コイル電流ＩＬの一部がグランドに流れることを抑制できる。第２スリープ動作では、上側トランジスタＨ１と下側トランジスタＬ２をともにオフとした状態で、スイッチ２１をオンとする。

【0113】

また、上記の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｃにおいて、抵抗とスイッチの組の構成を、第１接続ノードＮ１側ではなく第２接続ノードＮ２側に接続してもよいし、各接続ノードに接続するよう２つの組を設けてもよい。

【0114】

また、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｃの構成において、ダイオードＤ１を下側トランジスタＬ１に置き換えてもよい。この場合、スリープ動作では、上側トランジスタＨ１、下側トランジスタＬ１、および下側トランジスタＬ２をともにオフとする。これにより、ゼロクロスの検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬはオフとなった下側トランジスタＬ１のボディダイオード、コイル１１０、およびダイオードＤ２を介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。

【0115】

また、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ｃの構成において、ダイオードＤ２を上側トランジスタＨ２に置き換えてもよい。この場合、スリープ動作では、上側トランジスタＨ１、上側トランジスタＨ２、および下側トランジスタＬ２をともにオフとする。これにより、ゼロクロスの検出が早くてコイル電流ＩＬがプラス方向に残ったとしても、コイル電流ＩＬはダイオードＤ１、コイル１１０、およびオフとなった上側トランジスタＨ２のボディダイオードを介して流れ、出力電圧ＶＯＵＴ側へ回生される。

【0116】

＜３．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態の他、発明の主旨を逸脱しない範囲で様々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0117】

本発明は、各種機器に搭載される昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータに利用することができる。

【符号の説明】

【0118】

１０、１０Ａ〜１０Ｃ、２００ 昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５、１５Ａ〜１５Ｃ、１５２ スイッチ制御部
２０、１１０ コイル
２１、２５ スイッチ
Ｈ１ 第１上側トランジスタ
Ｌ１ 第１下側トランジスタ
Ｈ２ 第２上側トランジスタ
Ｌ２ 第２下側トランジスタ
Ｎ１ 第１接続ノード
Ｎ２ 第２接続ノード
Ｃ１ 出力コンデンサ
Ｔ１ 出力端子
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】