特開 2024-126748 昇降圧回路、電源回路および調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126748

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】昇降圧回路、電源回路および調整方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035347

(22)【出願日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田邊 朋之

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS04

5H730AS05

5H730BB14

5H730BB57

5H730EE13

5H730EE58

5H730FF06

5H730FG07

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】昇降圧回路の入力インピーダンスの調整を容易に行えることが好ましい。
【解決手段】動作周期ごとに、入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する周期制御部とを備える昇降圧回路を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作周期ごとに、入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータと、
前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する周期制御部と
を備える昇降圧回路。

【請求項2】

１回の前記充電動作の時間の長さを示す充電時間を検出する時間検出器を更に備え、
前記周期制御部は、前記充電時間に更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項１に記載の昇降圧回路。

【請求項3】

前記周期制御部は、前記ＤＣＤＣコンバータへの入力電圧と、前記ＤＣＤＣコンバータからの出力電圧とに更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項２に記載の昇降圧回路。

【請求項4】

前記充電動作および前記放出動作を１回ずつ行う場合の時間の長さを示すサイクル時間を検出する時間検出器を更に備え、
前記周期制御部は、前記サイクル時間に更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項１に記載の昇降圧回路。

【請求項5】

前記周期制御部は、前記サイクル時間に前記インピーダンス調整パラメータを乗算した値に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項４に記載の昇降圧回路。

【請求項6】

前記周期制御部は、前記インピーダンス調整パラメータに基づいて、前記動作周期の各期間において前記充電動作および前記放出動作を繰り返す回数を制御する
請求項４に記載の昇降圧回路。

【請求項7】

入力電力を生成する電源と、
前記入力電力を昇降圧する昇降圧回路と
を備え、
前記昇降圧回路は、
動作周期ごとに、前記入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータと、
前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する周期制御部と
を有する電源回路。

【請求項8】

動作周期ごとに、入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータの入力インピーダンスを調整する調整方法であって、
前記充電動作および前記放出動作を１回ずつ行う場合の時間の長さを示すサイクル時間を検出し、
前記サイクル時間と、前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータとに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
調整方法。

【請求項9】

前記サイクル時間に前記インピーダンス調整パラメータを乗算した値に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項８に記載の調整方法。

【請求項10】

前記インピーダンス調整パラメータに基づいて、前記動作周期の各期間において前記充電動作および前記放出動作を繰り返す回数を制御して、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する
請求項８に記載の調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、昇降圧回路、電源回路および調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源から電力を取り出し、負荷を駆動する昇降圧回路が知られている（例えば、特許文献１－３参照）。
［特許文献１］米国特許第１１１５７０３２号明細書
［特許文献２］特許第６１５２９１９号
［特許文献３］特許第５９２１４４７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

昇降圧回路の入力インピーダンスの調整を容易に行えることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、昇降圧回路を提供する。昇降圧回路は、動作周期ごとに、入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータを備えてよい。昇降圧回路は、前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御する周期制御部を備えてよい。

【0005】

上記いずれかの昇降圧回路は、１回の前記充電動作の時間の長さを示す充電時間を検出する時間検出器を備えてよい。上記いずれかの昇降圧回路において、前記周期制御部は、前記充電時間に更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0006】

上記いずれかの昇降圧回路において、前記周期制御部は、前記ＤＣＤＣコンバータへの入力電圧と、前記ＤＣＤＣコンバータからの出力電圧とに更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0007】

上記いずれかの昇降圧回路は、前記充電動作および前記放出動作を１回ずつ行う場合の時間の長さを示すサイクル時間を検出する時間検出器を備えてよい。上記いずれかの昇降圧回路において、前記周期制御部は、前記サイクル時間に更に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0008】

上記いずれかの昇降圧回路において、前記周期制御部は、前記サイクル時間に前記インピーダンス調整パラメータを乗算した値に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0009】

上記いずれかの昇降圧回路において、前記周期制御部は、前記インピーダンス調整パラメータに基づいて、前記動作周期の各期間において前記充電動作および前記放出動作を繰り返す回数を制御してよい。

【0010】

本発明の第２の態様においては、入力電力を生成する電源と、第１の態様に係るいずれかの昇降圧回路とを備える電源回路を提供する。

【0011】

本発明の第３の態様においては、動作周期ごとに、入力電力による充電動作および充電電力の放出動作を１回以上繰り返して、前記入力電力を昇降圧するＤＣＤＣコンバータの入力インピーダンスを調整する調整方法を提供する。調整方法では、前記充電動作および前記放出動作を１回ずつ行う場合の時間の長さを示すサイクル時間を検出してよい。庁組成方法では、前記サイクル時間と、前記ＤＣＤＣコンバータが有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータとに基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0012】

上記何れかの調整方法において、前記サイクル時間に前記インピーダンス調整パラメータを乗算した値に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0013】

上記何れかの調整方法において、前記インピーダンス調整パラメータに基づいて、前記動作周期の各期間において前記充電動作および前記放出動作を繰り返す回数を制御して、前記ＤＣＤＣコンバータの前記動作周期を制御してよい。

【0014】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一つの実施形態に係る電源回路２００の一例を示す図である。

【図2】ＤＣＤＣコンバータ１１０の構成例を示す図である。

【図3】ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作例を示すタイミングチャートである。

【図4】動作周期の各期間において、充電動作および放出動作をＭ回ずつ繰り返す例を示す。

【図5】時間検出器１７０として、ＴＤＣ回路１７２を用いた例を示す図である。

【図6】図５に示したＤＣＤＣコンバータ１１０の動作例を示すタイミングチャートである。

【図7】周期制御部１３０および時間検出器１７０の回路構成例を示す図である。

【図8】図７に示した昇降圧回路１００の動作例を示すタイミングチャートである。

【図9】周期制御部１３０および時間検出器１７０の他の回路構成例を示す図である。

【図10】図９に示した昇降圧回路１００の動作例を示すタイミングチャートである。

【図11】本発明の一つの実施形態に係る入力インピーダンスＲｉｎの調整方法の概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本明細書では、各図における同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、説明の便宜上一部の構成を図示しない場合がある。

【0017】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。また図中の各端子および構成要素は、配線等を用いて接続されてよい。図中の各グランド端子は共通の端子であってよく、異なる端子であってもよい。

【0018】

昇圧または降圧を行うＤＣＤＣコンバータには、様々な電源が接続され得る。ＤＣＤＣコンバータに接続される電源は、ソーラー発電、振動発電、電磁波給電など、電源の出力抵抗が十分小さくない場合がある。出力抵抗が比較的に大きい電源から、最大電力が得られる動作点をこえて電流を引き出そうとすると、出力電圧が急激に低下し、電力を効率よく取り出すことができない場合がある。

【0019】

これに対して、ＤＣＤＣコンバータの動作点を、最大電力が得られる動作点に追従させる、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御が知られている。ＭＰＰＴ制御を実現する方式はいくつか知られており、例えば山登り法（Ｈｉｌｌ Ｃｌｉｍｂｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）がある。山登り法では、電源からＤＣＤＣコンバータに流入する電流と電力を測定する。そして、電流制御によって流入電流を増やした場合に流入電力が増加すれば、さらに流入電流を増やす。逆に流入電流を増やしたにもかかわらず流入電力が低下すれば、流入電流を減らすことによって、最大電力点（ＭＰＰ）に追従させる。

【0020】

山登り法では、流入電力を直接観測しているため精度よくＭＰＰＴ制御を実現できるが、流入電力の測定と、最大電力点の算出に複雑な電気回路を用いることになり、また、多くの電力を消費する。山登り法は、比較的に出力電力の大きい太陽光発電のコンディショナ等に適用されている。

【0021】

出力電力の小さい小型ソーラー発電、熱発電、振動発電、電磁波給電のようなエナジーハーベスト分野に対しては、無負荷状態の電源の開放電圧（Ｖｏｃ）を測定し、電源の出力電圧が、測定した開放電圧の５０％から８０％程度になるようにＤＣＤＣコンバータの出力を制御する方式が知られている。この場合、開放電圧を測定している間はＤＣＤＣコンバータが停止状態になってしまう。また、電源の出力状態は周囲状況により変化する。状態変動の頻度が高い電源に対してＭＰＰＴ制御しようとすると、頻繁に開放電圧を測定することになり、ＤＣＤＣコンバータの動作効率が低下する。また、振動発電や電磁波給電などの一部の電源は、発電中に無負荷状態にすると、電圧が上昇しすぎる場合がある。また、マイクロ波を整流して直流電力を生成する電源は、トランジスタやダイオードなど半導体素子で構成された整流器を使用している。これらの半導体素子は内部抵抗を持つため、素子に電流が流れると、電流の２乗に比例する電力を消費する。このため電磁波給電などの高周波回路では、出力インピーダンスを高くし、高い出力電圧かつ低い出力電流で動作させるように、アンテナおよび整合回路を設計する。しかし、半導体素子はその耐圧以上の電圧を印加することはできないため、開放電圧を測定するＭＰＰＴ制御では、半導体素子の耐圧の５０％以下でしか動作させることができず、効率のもっともよい領域を使用することができなくなってしまう。

【0022】

図１は、本発明の一つの実施形態に係る電源回路２００の一例を示す図である。電源回路２００は、電源２１０および昇降圧回路１００を備える。電源２１０は、例えば小型ソーラー発電、熱発電、振動発電、電磁波給電等の環境発電装置であるが、これに限定されない。図１においては、電源２１０の出力インピーダンスを抵抗Ｒｓで示している。

【0023】

昇降圧回路１００は、電源２１０からの入力電力を昇降圧する。昇降圧とは、電圧の昇圧または降圧の少なくとも一方を指す。昇降圧回路１００は、電源２１０からの入力電圧ＶＩＮを昇圧し、または、降圧する。

【0024】

昇降圧回路１００はＤＣＤＣコンバータ１１０を備える。ＤＣＤＣコンバータ１１０は、所定の動作周期ごとに、電源２１０からの入力電力による充電動作と、充電した電力の放出動作を繰り返す。例えば充電動作では、ＤＣＤＣコンバータ１１０の内部のコイルに入力電力によるエネルギーを蓄えて、放電動作では、当該コイルに蓄えたエネルギーを後段の回路に放出する。充電動作と放電動作を繰り返すことで、入力電圧ＶＩＮを昇降圧する。

【0025】

昇降圧回路１００は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を調整することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスを調整する。昇降圧回路１００は、ＤＣＤＣコンバータ１１０が入力電力を昇降圧している間に、動作周期を調整してよい。昇降圧回路１００は、ＤＣＤＣコンバータ１１０が負荷に電圧ＶＯＵＴを出力している間に、動作周期を調整してよい。つまり昇降圧回路１００は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作を停止させずに、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を調整することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスを調整してよい。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作効率を低下させずに、ＤＣＤＣコンバータ１１０をＭＰＰＴ制御できる。

【0026】

本例の昇降圧回路１００は、周期制御部１３０を備える。周期制御部１３０は、ＤＣＤＣコンバータ１１０が有するべき入力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータＮに基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御する制御信号ＥＮを生成する。周期制御部１３０は、動作周期の１周期の長さを制御してよく、後述するように、動作周期における充電動作および放出動作の繰り返し回数を制御してもよい。

【0027】

例えば制御信号ＥＮは、動作周期と同一周期でパルスが配置されたパルス信号である。ＤＣＤＣコンバータ１１０は、制御信号ＥＮのパルスが入力される毎に、動作周期の各期間を開始する。制御信号ＥＮのパルス間隔を調整することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期の１周期の長さを制御できる。

【0028】

本例の昇降圧回路１００は、時間検出器１７０を備える。時間検出器１７０は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の１回の充電動作の時間の長さを示す充電時間Ｔ_ＬＳを検出する。周期制御部１３０は、充電時間Ｔ_ＬＳに更に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御してよい。本例の時間検出器１７０は、充電時間Ｔ_ＬＳに応じたサイクル時間Ｔｓｗを算出する。サイクル時間Ｔｓｗは、充電動作および放出動作を１回ずつ行った場合の時間の長さである。周期制御部１３０は、サイクル時間Ｔｓｗに基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御してよい。例えば周期制御部１３０は、サイクル時間Ｔｓｗに、インピーダンス調整パラメータＮを乗算した値に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御してよい。周期制御部１３０は、サイクル時間Ｔｓｗに、インピーダンス調整パラメータＮを乗算した値を、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期の１周期の長さとしてよい。インピーダンス調整パラメータＮは、例えば正の整数であるが、正の実数であってもよい。

【0029】

時間検出器１７０は、充電時間Ｔ_ＬＳに対して所定の演算を行うことでサイクル時間Ｔｓｗを算出してよい。他の例では、時間検出器１７０は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の１回の放出動作の時間の長さを示す放出時間Ｔ_ＨＳを更に検出してよい。この場合、時間検出器１７０は、充電時間Ｔ_ＬＳと放出時間Ｔ_ＨＳの和を、サイクル時間Ｔｓｗとしてよい。

【0030】

時間検出器１７０は、ＤＣＤＣコンバータ１１０に充電動作および放出動作のいずれを行わせるかを示すスイッチ制御信号ＬＳｏｎ、ＨＳｏｎを検出してよい。スイッチ制御信号の遷移タイミングに基づいて、充電時間Ｔ_ＬＳおよび放出時間Ｔ_ＨＳを検出できる。

【0031】

ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスを調整できる。入力インピーダンスを調整できる理由は後述する。電力効率の観点では、電源２１０の出力インピーダンスＲｓと、ＤＣＤＣコンバータ１１０の実効的な入力インピーダンスＲｉｎが等しいとき、得られる電力及び効率が最大となる。ハーベスタ等の電源２１０に使用する発電デバイスは、出力インピーダンスが既知であるものが多い。出力インピーダンスに応じたインピーダンス調整パラメータＮを設定することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御して、入力インピーダンスＲｉｎを出力インピーダンスＲｓに近づけることができる。これにより、高効率な電源回路２００を構成することができる。

【0032】

インピーダンス調整パラメータＮは、昇降圧回路１００の外部から設定されてよい。例えばインピーダンス調整パラメータＮは、昇降圧回路１００の使用者により設定されてよい。インピーダンス調整パラメータＮを変更することで、昇降圧回路１００を多様な電源２１０に適用できる。

【0033】

昇降圧回路１００は、インピーダンス調整パラメータＮを生成するパラメータ生成部を備えていてもよい。例えばパラメータ生成部は、接続される電源２１０の種類に基づいてインピーダンス調整パラメータＮを生成してよく、電源２１０が出力インピーダンスＲｓを示す情報を保持している場合には、当該情報に基づいてインピーダンス調整パラメータＮを生成してもよい。

【0034】

図２は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の構成例を示す図である。本例のＤＣＤＣコンバータ１１０は、コイル１１４、スイッチ１１６、スイッチ１１８およびスイッチ制御部１１２を有する。

【0035】

本明細書では、各素子の両端を、一端および他端と称する場合がある。コイル１１４の一端は電源２１０に接続され、入力電圧ＶＩＮが印加される。スイッチ１１６は、コイル１１４の他端を出力端子に接続するか否かを切り替える。スイッチ１１８は、コイル１１４の他端を基準電位（例えば接地）に接続するか否かを切り替える。

【0036】

スイッチ１１８は、スイッチ制御信号ＬＳｏｎにより制御される。例えばスイッチ制御信号ＬＳｏｎがＨレベルの場合にスイッチ１１８がオンになり、Ｌレベルの場合にスイッチ１１８がオフになる。スイッチ１１６は、スイッチ制御信号ＨＳｏｎにより制御される。例えばスイッチ制御信号ＨＳｏｎがＨレベルの場合にスイッチ１１６がオンになり、Ｌレベルの場合にスイッチ１１６がオフになる。

【0037】

スイッチ１１８がオン、スイッチ１１６がオフの状態では、コイル１１４は電源２１０からの入力電力を蓄積する。この動作は、上述した充電動作に対応している。スイッチ１１８がオン状態となっている時間（例えばＬＳｏｎ＝Ｈ、ＨＳｏｎ＝Ｌの時間）が、上述した充電時間Ｔ_ＬＳに対応する。スイッチ１１８がオフ、スイッチ１１６がオンの状態では、コイル１１４は蓄積した電力を出力端子（ＶＯＵＴ）に放出する。この動作は、上述した放出動作に対応している。スイッチ１１６がオン状態となっている時間（例えばＬＳｏｎ＝Ｌ、ＨＳｏｎ＝Ｈの時間）が、上述した放出時間Ｔ_ＨＳに対応する。

【0038】

スイッチ制御部１１２は、制御信号ＥＮに基づいて、スイッチ１１６およびスイッチ１１８のオンオフの状態を制御する。例えばスイッチ制御部１１２は、制御信号ＥＮのパルスに応じてスイッチ１１８をオン状態にし、スイッチ１１６をオフ状態にする。これによりＤＣＤＣコンバータ１１０が充電動作を開始する。スイッチ制御部１１２は、充電動作を開始した後にＤＣＤＣコンバータ１１０の状態が所定の条件を満たした場合に、スイッチ１１８をオフ状態にし、スイッチ１１６をオン状態にする。これによりＤＣＤＣコンバータ１１０が放出動作を開始する。スイッチ制御部１１２は、放出動作を開始した後にＤＣＤＣコンバータ１１０の状態が所定の条件を満たした場合に、放出動作を終了する。例えばスイッチ制御部１１２は、予め設定された時間だけ充電動作を行ってよい。またスイッチ制御部１１２は、コイル１１４から流れる電流が０になるまで、放電動作を行ってよい。スイッチ制御部１１２は、動作周期の各期間において、充電動作および放出動作を１回行ってよく、複数回繰り返してもよい。充電動作および放出動作を何回行うかは、スイッチ制御部１１２に予め設定されてよく、外部から設定されてもよい。充電動作および放出動作を繰り返し、また、出力端子側へのエネルギーの放出量を制御することで、入力電圧ＶＩＮを昇降圧した出力電圧ＶＯＵＴを生成できる。

【0039】

図３は、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作例を示すタイミングチャートである。動作周期の各期間は、制御信号ＥＮのパルスにより開始する。本例では、動作周期の各期間において、充電動作および放出動作を１回ずつ行う例を示している。

【0040】

本例のＤＣＤＣコンバータ１１０は、充電動作でコイル１１４に充電した電力を、放出動作で全て放出する。つまり、放出動作は、コイル１１４から出力端子に流れるインダクタ電流が０になるまで継続する。充電時間Ｔ_ＬＳにおけるコイル１１４に対するチャージ電流が、放出時間Ｔ_ＨＳで０になる関係を利用して、放出時間Ｔ_ＨＳは、充電時間Ｔ_ＬＳ、入力電圧ＶＩＮおよび出力電圧ＶＯＵＴを用いて（数１）で表すことができる。

【数1】

【0041】

サイクル時間Ｔｓｗは、充電時間Ｔ_ＬＳと放出時間Ｔ_ＨＳの和なので、（数２）となる。

【数2】

周期制御部１３０は、ＤＣＤＣコンバータ１１０への入力電圧ＶＩＮと、ＤＣＤＣコンバータ１１０からの出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御してよい。周期制御部１３０は、数２に示すように、入力電圧ＶＩＮ、出力電圧ＶＯＵＴおよび充電時間Ｔ_ＬＳからサイクル時間Ｔｓｗを算出し、サイクル時間Ｔｓｗに基づいてＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御してよい。図２に示すＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎは、コイル１１４のインダクタンスＬ、動作周期の１期間の長さＴ_Ｆ、電源２１０からの入力電流Ｉｉｎ、入力電圧ＶＩＮ、出力電圧ＶＯＵＴを用いて（数３）で与えられる。

【数3】

【0042】

（数３）に示されるように、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎは、入力電圧ＶＩＮおよび出力電圧ＶＯＵＴに依存する。入力電圧ＶＩＮは電源２１０の環境等による発電状況により変化し、出力電圧ＶＯＵＴは、電力を供給する供給先の負荷、または、２次電池の充電状況等により変化する。ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎは、入力電圧ＶＩＮおよび出力電圧ＶＯＵＴに応じて変化する。

【0043】

本例の周期制御部１３０は、サイクル時間Ｔｓｗに、インピーダンス調整パラメータＮを乗算した値を、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期Ｔ_Ｆとする。動作周期Ｔ_Ｆは（数４）で与えられる。

【数4】

（数３）および（数４）から、入力インピーダンスＲｉｎは、（数５）で示される。

【数5】

【0044】

（数５）において、インダクタンスＬおよび充電時間Ｔ_ＬＳは固定パラメータである。従って、インピーダンス調整パラメータＮ（すなわち、動作周期Ｔ_Ｆの長さ）を調整することで、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎを調整できる。

【0045】

図４は、動作周期の各期間において、充電動作および放出動作をＭ回ずつ繰り返す例を示す。ＭはＮより小さい範囲で設定可能な整数である。本例におけるＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎは、（数６）で示される。

【数6】

（数６）に示すように、パラメータＮおよびＭのいずれによっても、入力インピーダンスＲｉｎを調整できる。周期制御部１３０は、インピーダンス調整パラメータとして、パラメータＮおよびＭの少なくとも一方を受け取ってよい。周期制御部１３０は、インピーダンス調整パラメータＭに基づいて、動作周期の各期間において充電動作および放出動作を繰り返す回数（Ｍ）を制御してよい。周期制御部１３０は、インピーダンス調整パラメータＮに基づいて動作周期の周期Ｔ_Ｆを調整し、且つ、インピーダンス調整パラメータＭに基づいて動作周期の各期間における繰り返し回数Ｍを調整してよい。

【0046】

周期制御部１３０は、インピーダンス調整パラメータＮを用いた入力インピーダンスＲｉｎの制御と、インピーダンス調整パラメータＭを用いた入力インピーダンスＲｉｎの制御とを使い分けてもよい。例えば、動作周期の変動を抑制したい場合には、インピーダンス調整パラメータＭを用いて入力インピーダンスＲｉｎを制御してよい。この場合、インピーダンス調整パラメータＮは固定値であってよい。

【0047】

図５は、時間検出器１７０として、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ－Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路１７２を用いた例を示す図である。ＴＤＣ回路１７２は、サイクル時間Ｔｓｗをデジタル値Ｔｄで出力する。他の構造は、図１から図４において説明した例と同様である。

【0048】

図６は、図５に示したＤＣＤＣコンバータ１１０の動作例を示すタイミングチャートである。図６においてＴｄ（ｎ）は、ＴＤＣ回路１７２で検出したサイクル時間Ｔｓｗ（ｎ）の長さをデジタル値に変換したデータである。周期制御部１３０は、デジタル値Ｔｄ（ｎ）で示される時間に、インピーダンス調整パラメータＮを乗算した値を、動作周期の１周期Ｔ_Ｆとする。これにより、インピーダンス調整パラメータＮに応じて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスＲｉｎを調整できる。サイクル時間Ｔｓｗに対して十分に周波数の高いクロック信号を用いることで、ＴＤＣ回路１７２および周期制御部１３０をほぼデジタル回路で構成でき、昇降圧回路１００を簡易に構成できる。

【0049】

図７は、周期制御部１３０および時間検出器１７０の回路構成例を示す図である。本例の周期制御部１３０は、カウンタ１４０、比較器１３８、電流源１３２、コンデンサ１３６およびスイッチ１３４を有する。本例の時間検出器１７０は、内部スイッチ制御部１７４、電流源１７６、スイッチ１７８、コンデンサ１８２およびスイッチ１８０を有する。

【0050】

図８は、図７に示した昇降圧回路１００の動作例を示すタイミングチャートである。内部スイッチ制御部１７４は、スイッチ制御信号ＨＳｏｎおよびＬＳｏｎを受け取る。内部スイッチ制御部１７４は、スイッチ制御信号ＨＳｏｎおよびＬＳｏｎに基づいて、サイクル時間Ｔｓｗを検出する。内部スイッチ制御部１７４は、動作周期の各期間の開始タイミングから、サイクル時間Ｔｓｗの間、スイッチ１７８をオン状態にし、サイクル時間Ｔｓｗが経過した場合のスイッチ１７８をオフ状態にする。

【0051】

スイッチ１７８がオン状態になると、電流源１７６からの定電流Ｉにより、容量Ｃのコンデンサ１８２が充電される。サイクル時間Ｔｓｗが経過した後のコンデンサ１８２の電圧は、ＶＡ＝Ｉ×Ｔｓｗ／Ｃとなる。電圧ＶＡは、サイクル時間Ｔｓｗの長さを電圧値に変換した情報である。

【0052】

比較器１３８は、電圧ＶＡと電圧ＶＢとを比較する。電圧ＶＢは、電流源１３２からの定電流Ｉにより充電されるコンデンサ１３６の電圧である。電流源１３２および電流源１７６の電流値は同一であり、コンデンサ１３６とコンデンサ１８２の容量値は同一である。このため、動作周期の各期間の開始直後は、電圧ＶＡおよび電圧ＶＢは同様に上昇する。

【0053】

比較器１３８は、電圧ＶＢが電圧ＶＡより大きくなったか否かを検出する。電圧ＶＡは、サイクル時間Ｔｓｗが経過した後は一定値に維持されるので、サイクル時間Ｔｓｗが経過した直後に、電圧ＶＢが電圧ＶＡより大きくなる。比較器１３８は電圧ＶＢが電圧ＶＡより大きくなった場合に、スイッチ１３４をオン状態にしてコンデンサ１３６を放電させると共に、カウンタ１４０における計数値を増加（例えば＋１）させる。コンデンサ１３６が放電され電圧ＶＢが基準電圧に遷移すると、スイッチ１３４がオフ状態となり、コンデンサ１３６が再度充電される。このような動作を繰り返すことで、サイクル時間Ｔｓｗが経過する毎に、カウンタ１４０における計数値が増加する。

【0054】

カウンタ１４０には、インピーダンス調整パラメータＮが入力される。カウンタ１４０は、計数値がＮに達した場合に、制御信号ＥＮのパルスを生成して、ＤＣＤＣコンバータ１１０に入力する。制御信号ＥＮのパルスに応じてＤＣＤＣコンバータ１１０が動作して、スイッチ制御信号ＨＳｏｎおよびＬＳｏｎが生成される。カウンタ１４０は、計数値がＮに達した場合に、スイッチ１８０をオン状態に制御してコンデンサ１８２を放電させるとともに、計数値を初期値（例えば１）に戻す。これにより、動作周期の次の期間の動作が開始する。本例によれば、小規模なアナログ回路と、高速動作を不要とするデジタル回路を用いて時間検出器１７０および周期制御部１３０を構成できるので、時間検出器１７０および周期制御部１３０の消費電力を低減できる。

【0055】

図９は、周期制御部１３０および時間検出器１７０の他の回路構成例を示す図である。本例の時間検出器１７０の構成は、図７の例と同様である。本例の周期制御部１３０は、図７の周期制御部１３０に対して、カウンタ１４０に代えてトリガ部１４２を有する。他の構造は、図７の例と同様である。ただし、電流源１３２の電流値ＩＢおよびコンデンサ１３６の容量値ＣＢの少なくとも一方は、電流源１７６の電流値ＩＡおよびコンデンサ１８２の容量値ＣＡと異なる。本例では、電流値ＩＢは電流値ＩＡより小さい。

【0056】

図１０は、図９に示した昇降圧回路１００の動作例を示すタイミングチャートである。時間検出器１７０の入出力および動作は、図８の例と同様である。スイッチ制御信号ＨＳｏｎおよびＬＳｏｎと、スイッチ１７８を制御する信号は、図８の例と同様である。ただし、本例の電圧ＶＡは、（数７）で与えられる。

【数7】

【0057】

本例の電圧ＶＢは、動作周期の各期間の開始タイミングで基準電圧に遷移した後、電流源１３２の電流値ＩＢに応じて徐々に上昇する。本例の電圧ＶＢは、電圧ＶＡよりも小さい傾きで上昇しており、また、サイクル時間Ｔｓｗが過ぎても上昇を続ける。本例では、サイクル時間が経過した後の電圧ＶＡ（Ｔｓｗ）と、動作周期の各期間の開始から周期Ｔ_Ｆ＝Ｎ×Ｔｓｗが経過したタイミングの電圧ＶＢ（Ｎ×Ｔｓｗ）は、（数８）の関係を有する。

【数8】

【0058】

比較器１３８は、電圧ＶＢが電圧ＶＡより大きくなったか否かを判定する。電圧ＶＢが電圧ＶＡより大きくなった場合、比較器１３８は、スイッチ１３４およびスイッチ１８０をオン状態に制御して、コンデンサ１３６およびコンデンサ１８２を放電させる。これにより、電圧ＶＢおよび電圧ＶＡが基準電圧にリセットされる。電圧ＶＢおよび電圧ＶＡをリセットした後、スイッチ１３４およびスイッチ１８０がオフ状態に制御され、電圧ＶＢおよび電圧ＶＡが再度上昇する。これにより、動作周期の次の期間の動作が開始する。

【0059】

電流源１３２の電流値ＩＢ、コンデンサ１３６の容量値ＣＢ、電流源１７６の電流値ＩＡおよびコンデンサ１８２の容量値ＣＡは、（数８）の関係を満たすように設定される。電流源１３２は可変電流源であってよく、コンデンサ１３６は可変コンデンサであってよい。電流源１３２およびコンデンサ１３６を、（数８）の関係を満たすように設定してよい。これにより、Ｔ_Ｆ＝Ｎ×Ｔｓｗの動作周期で、ＤＣＤＣコンバータ１１０を動作させることができ、ＤＣＤＣコンバータ１１０の入力インピーダンスを調整できる。

【0060】

（数７）および（数８）から、インピーダンス調整パラメータＮは、（数９）で与えられる。

【数9】

周期制御部１３０は、電流源１３２の電流値ＩＢおよびコンデンサ１３６の容量値ＣＢの少なくとも一方を、インピーダンス調整パラメータＮに基づいて設定してもよい。これにより、インピーダンス調整パラメータＮに応じて入力インピーダンスＲｉｎを調整できる。周期制御部１３０は、電流源１７６の電流値ＩＡおよびコンデンサ１８２の容量値ＣＡの少なくとも一方を、インピーダンス調整パラメータＮに基づいて設定してもよい。

【0061】

図１１は、本発明の一つの実施形態に係る入力インピーダンスＲｉｎの調整方法の概要を示す図である。当該調整方法では、図１から図１０において説明した方法で、入力インピーダンスＲｉｎを調整する。図１１に示すように、調整方法は、時間検出段階Ｓ１１０２、調整パラメータ取得段階Ｓ１１０４、および、動作周期制御段階Ｓ１１０６を有する。

【0062】

時間検出段階Ｓ１１０２では、前記充電動作および前記放出動作を１回ずつ行う場合の時間の長さを示すサイクル時間Ｔｓｗを検出する。調整パラメータ取得段階Ｓ１１０４では、インピーダンス調整パラメータＮ（またはＭ）を取得する。動作周期制御段階Ｓ１１０６では、サイクル時間Ｔｓｗおよびインピーダンス調整パラメータに基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１１０の動作周期を制御する。

【0063】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0064】

１００・・・昇降圧回路、１１０・・・ＤＣＤＣコンバータ、１１２・・・スイッチ制御部、１１４・・・コイル、１１６・・・スイッチ、１１８・・・スイッチ、１３０・・・周期制御部、１３２・・・電流源、１３４・・・スイッチ、１３６・・・コンデンサ、１３８・・・比較器、１４０・・・カウンタ、１４２・・・トリガ部、１７０・・・時間検出器、１７２・・・ＴＤＣ回路、１７４・・・内部スイッチ制御部、１７６・・・電流源、１７８・・・スイッチ、１８０・・・スイッチ、１８２・・・コンデンサ、２００・・・電源回路、２１０・・電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】