特開 2024-2498 スイッチ制御装置、スイッチング電源装置、車載機器、及び車両

(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】P2024002498

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】スイッチ制御装置、スイッチング電源装置、車載機器、及び車両

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20231228BHJP

【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 2022101711

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【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】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 雄平

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS05

5H730BB13

5H730DD03

5H730EE13

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD31

5H730XX04

5H730XX15

5H730XX24

5H730XX35

(57)【要約】

【課題】過電流保護を素早く行うことができるスイッチ制御装置を提供する。
【解決手段】スイッチ制御装置（２Ａ）は、第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端がインダクタ（Ｌ１）の第１端に接続可能に構成された第１スイッチ（ＳＷ１）のオン／オフと、第１端が前記インダクタの第１端及び前記第１スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成された第２スイッチ（ＳＷ２）のオン／オフと、を制御するように構成される。前記スイッチ制御装置は、各スイッチング周期において前記第１スイッチがオンである時間を閾値以下に制限するように構成された制限部（２１）を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端がインダクタの第１端に接続可能に構成された第１スイッチのオン／オフと、第１端が前記インダクタの第１端及び前記第１スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成された第２スイッチのオン／オフと、を制御するように構成されたスイッチ制御装置であって、
各スイッチング周期において前記第１スイッチがオンである時間を閾値以下に制限するように構成された制限部を有する、スイッチ制御装置。

【請求項2】

前記閾値は、前記入力電圧の標準値と、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧の目標値とに応じた値である、請求項１に記載のスイッチ制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載のスイッチ制御装置と、
前記第１スイッチと、
前記第２スイッチと、
前記インダクタと、を有する、スイッチング電源装置。

【請求項4】

前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも一方は、化合物半導体素子である、請求項３に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記スイッチ制御装置は、シリコンチップを含む半導体集積回路装置である、請求項４に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は２０ｎＳ以下である、請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は５ｎＳ以下である、請求項６に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は３ｎＳ以下である、請求項７に記載のスイッチング電源装置。

【請求項9】

請求項３～８のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置を有する、車載機器。

【請求項10】

請求項９に記載の車載機器を有する、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示されている発明は、スイッチ制御装置、スイッチング電源装置、車載機器、及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１で開示されているスイッチング電源装置に設けられている過電流保護回路は、過電流を検出し、保護動作を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－４７６９２号公報（段落００５１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

入力電圧の標準値（例えば４８Ｖ）に対する出力電圧の目標値（例えば２Ｖ）の比が小さく、且つ、スイッチング周波数（例えば２ＭＨｚ）が大きい場合、入力電圧が標準値であって出力電圧が目標値であるときのスイッチ電圧のハイレベル期間（例えば２０ｎＳ）よりも、過電流保護回路の検出時間（例えば８０ｎＳ）の方がはるかに長くなり、過電流保護回路の保護動作が間に合わないおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書中に開示されているスイッチ制御装置は、第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端がインダクタの第１端に接続可能に構成された第１スイッチのオン／オフと、第１端が前記インダクタの第１端及び前記第１スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成された第２スイッチのオン／オフと、を制御するように構成される。前記スイッチ制御装置は、各スイッチング周期において前記第１スイッチがオンである時間を閾値以下に制限するように構成された制限部を有する。

【0006】

本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、上記構成のスイッチ制御装置と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記インダクタと、を有する。

【0007】

本明細書中に開示されている車載機器は、上記構成のスイッチ制御装置又は上記構成のスイッチング電源装置を有する。

【0008】

本明細書中に開示されている車両は、上記構成の車載機器を有する。

【発明の効果】

【0009】

本明細書中に開示されている発明によれば、過電流保護を素早く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、スイッチ制御装置の一構成例を示す図である。

【図3】図３は、ドライバの一構成例を示す図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】図５は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。

【図6】図６は、ドライバの他の構成例を示す図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図8】図８は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図9】図９は、車両の一構成例を示す外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書において、ＭＯＳトランジスタとは、ゲートの構造が、「導電体または抵抗値が小さいポリシリコン等の半導体からなる層」、「絶縁層」、及び「Ｐ型、Ｎ型、又は真性の半導体層」の少なくとも３層からなるトランジスタをいう。つまり、ＭＯＳトランジスタのゲートの構造は、金属、酸化物、及び半導体の３層構造に限定されない。

【0012】

本明細書において基準電圧とは、理想的な状態において一定である電圧を意味しており、実際には温度変化等により僅かに変動し得る電圧である。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１Ａの構成を示す図である。スイッチング電源装置１Ａは、入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴに降圧するスイッチング電源装置である。スイッチング電源装置１Ａは、スイッチ制御装置２Ａと、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、インダクタＬ１と、出力コンデンサＣ１と、帰還部ＦＢ１と、を有する。スイッチング電源装置１Ａは、軽負荷時に電流連続モードで動作する構成であってもよく、逆流防止機能を有し軽負荷時に電流不連続モードで動作する構成であってもよい。

【0014】

スイッチ制御装置２Ａは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオン／オフを制御する。より詳細には、スイッチ制御装置２Ａは、帰還部ＦＢ１の出力に基づき、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオン／オフを制御する。

【0015】

スイッチ制御装置２Ａは、例えば、シリコンチップを含む半導体集積回路装置である。スイッチ制御装置２Ａがシリコンチップを含む半導体集積回路装置である場合、スイッチ制御装置２の低コスト化を図ることができる。

【0016】

第１スイッチＳＷ１は、第１端が入力電圧ＶＩＮの印加端に接続可能に構成され、第２端がインダクタＬ１の第１端に接続可能に構成される。第１スイッチＳＷ１は、入力電圧ＶＩＮの印加端からインダクタＬ１に至る電流経路を導通／遮断する。第１スイッチＳＷ１としては、例えばＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。例えば第１スイッチＳＷ１にＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いる場合、入力電圧ＶＩＮより大きい電圧を生成するためにブートストラップ回路等をスイッチング電源装置１Ａに設けるようにすればよい。

【0017】

第２スイッチＳＷ２は、第１端がインダクタＬ１の第１端及び第１スイッチＳＷ１の第２端に接続可能に構成され、第２端がグランド電位の印加端に接続可能に構成される。第２スイッチＳＷ２は、グランド電位の印加端からインダクタＬ１に至る電流経路を導通／遮断する。第２スイッチＳＷ２としては、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。なお、本実施形態の変形例として、第２スイッチＳＷ２の第２端は、入力電圧ＶＩＮよりも低く且つグランド電位以外の低電圧の印加端に接続可能に構成されてもよい。

【0018】

第２スイッチＳＷ２はダイオードであってもよい。第２スイッチＳＷ２がダイオードである場合、スイッチ制御装置２Ａは、第１スイッチＳＷ１のオン／オフを制御することで第２スイッチＳＷ２（ダイオード）にかかるバイアス電圧を制御する。第２スイッチＳＷ２（ダイオード）のオン／オフは第２スイッチＳＷ２（ダイオード）にかかるバイアス電圧によって決まるので、スイッチ制御装置２Ａは、第２スイッチＳＷ２（ダイオード）のオン／オフを間接的に制御する。

【0019】

例えば、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の少なくとも一方は、化合物半導体素子である。化合物半導体素子は、例えばＧａＮ半導体素子であってもよく、例えばＳｉＣ半導体素子であってもよい。化合物半導体素子は、シリコン半導体素子に比べて、高耐圧であり且つ優れた高周波特性を有する。第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の少なくとも一方が化合物半導体素子である場合、入力電圧ＶＩＮに対する出力電圧ＶＯＵＴの比を小さくすること、及び、スイッチング周波数を高くすることが容易になる。

【0020】

第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のスイッチングによって、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の接続ノードにパルス状のスイッチ電圧ＶＳＷが生成される。インダクタＬ１及び出力コンデンサＣＯＵＴは、パルス状のスイッチ電圧ＶＳＷを平滑化して出力電圧ＶＯＵＴを生成し、その出力電圧ＶＯＵＴを出力電圧ＶＯＵＴの印加端に供給する。出力電圧ＶＯＵＴの印加端には負荷ＬＤ１が接続され、負荷ＬＤ１に出力電圧ＶＯＵＴが供給される。

【0021】

帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還電圧ＶＦＢを生成して出力する。帰還部ＦＢ１としては、例えば出力電圧ＶＯＵＴを抵抗分圧して帰還電圧ＶＦＢを生成する抵抗分圧回路等を用いることができる。また例えば、帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴを取得し、出力電圧ＶＯＵＴそのものを帰還電圧ＶＦＢとして出力する構成であってもよい。なお、帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還電圧ＶＦＢに加えて、インダクタＬ１を流れる電流に応じた帰還信号ＳＦＢも生成して出力する構成であってもよい。帰還部ＦＢ１がインダクタＬ１を流れる電流に応じた帰還信号ＳＦＢも生成することで、電流モード制御が可能になる。

【0022】

インダクタＬ１を流れる電流を検出する手法は特に限定されない。例えば、入力電圧ＶＩＮの印加端と第１スイッチＳＷ１の第１端との間に電流検出用抵抗を設け、当該電流検出用抵抗の両端電位差が帰還信号として利用されてもよい。また、例えば、第１スイッチＳＷ１の両端電位差が帰還信号として利用されてもよい。また、例えば、第２スイッチＳＷ２の第２端とグランド電位の印加端との間に電流検出用抵抗を設け、当該電流検出用抵抗の両端電位差が帰還信号として利用されてもよい。また、例えば、第２スイッチＳＷ２の両端電位差が帰還信号として利用されてもよい。また、例えば、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の接続ノードとインダクタＬ１の第１端との間に電流検出用抵抗を設け、当該電流検出用抵抗の両端電位差が帰還信号として利用されてもよい。

【0023】

スイッチ制御装置２Ａは、制限部２１を有する。制限部２１は、各スイッチング周期において第１スイッチＳＷ１がオンである時間を閾値以下に制限する。言い換えると、制限部２１は、各スイッチング周期においてスイッチ電圧ＶＳＷがＨＩＧＨレベルである時間を閾値以下に制限する。したがって、何らかの原因によってスイッチング電源装置１Ａに過電流が流れた場合でも、制限部２１が各スイッチング周期において第１スイッチＳＷ１がオンである時間を閾値以下に制限する。これにより、スイッチ制御装置２Ａは、第１スイッチＳＷ１がオンである時間が閾値に達した時点で即座に過電流保護を行うことができる。すなわち、スイッチ制御装置２Ａは、過電流保護を素早く行うことができる。

【0024】

上記の閾値は、入力電圧ＶＩＮの標準値と、出力電圧ＶＯＵＴの目標値とに応じた値に設定されるとよい。

【0025】

スイッチ制御装置２Ａの安定動作時において、各スイッチング周期においてスイッチ電圧ＶＳＷがＨＩＧＨレベルである時間は、出力電圧ＶＯＵＴの目標値を入力電圧ＶＩＮの標準値で除算したものにスイッチング周波数を乗算して得られる値になる。したがって、上記の閾値が入力電圧ＶＩＮの標準値と出力電圧ＶＯＵＴの目標値とに応じた値に設定されることで、通常動作であるにもかかわらず過電流保護がかかることを抑制することができる。

【0026】

そして、スイッチング電源装置１Ａの制御系のトータルゲインのゼロクロス周波数が高ければ、スイッチング電源装置１Ａが外乱を受けたときに制御系での応答が速くなり、スイッチ電圧ＶＳＷの変調量が大きくなる。一方、ゼロクロス周波数が低ければ、制御系での応答が遅くなり、スイッチング電源装置１Ａが外乱を受けたときに制御系での応答が遅くなり、スイッチ電圧ＶＳＷの変調量が小さくなる。したがって、上記の閾値がゼロクロス周波数に応じた値に設定されることで、通常動作であるにもかかわらず外乱によって過電流保護がかかることを抑制することができる。

【0027】

図２は、スイッチ制御装置２Ａの一構成例を示す図である。図２に示す構成例のスイッチ制御装置２Ａは、スロープ回路２２と、加算回路２３と、基準電圧源２４と、エラーアンプ２５と、コンパレータ２６と、オシレータ２７と、クランプ信号生成回路２８と、ドライバ２９と、を有する。制御部２１は、クランプ信号生成回路２８及びドライバ２９によって構成される。

【0028】

スロープ回路２２は、スロープ電圧ＶＳＬＰ０を生成して出力する。スロープ電圧ＶＳＬＰ０は、後述するセット信号ＳＥＴ及びリセット信号ＲＥＳＥＴ信号に同期する。スロープ電圧ＶＳＬＰ０は、セット信号ＳＥＴの立ち下りエッジタイミングで比例的な増加を開始し、リセット信号ＲＥＳＥＴ信号の立ち上がりタイミングで比例的な増加を終了して初期値に戻り、次のセット信号ＳＥＴの立ち下りエッジタイミングまで初期値を維持する。

【0029】

加算回路２３は、帰還信号ＳＦＢとスロープ電圧ＶＳＬＰ０とを加算してスロープ電圧ＶＳＬＰ１を生成し、スロープ電圧ＶＳＬＰ１をコンパレータ２６の非反転入力端子に供給する。なお、帰還部ＦＢ１が帰還信号ＳＦＢを生成しない構成である場合には、スイッチ制御装置２Ａから加算回路２３が取り除かれ、スロープ回路２２から出力されるスロープ電圧ＶＳＬＰ０がコンパレータ２６の非反転入力端子に供給されるようにすればよい。

【0030】

基準電圧源２４は、基準電圧ＶＲＥＦを生成し、基準電圧ＶＲＥＦをエラーアンプ２５の非反転入力端子に供給する。

【0031】

エラーアンプ２５の反転入力端子には帰還電圧ＶＦＢが供給される。エラーアンプ２５は、帰還電圧ＶＦＢと基準電圧ＶＲＥＦとの差に応じたエラー電圧ＶＥＲＲを生成し、エラー電圧ＶＥＲＲをコンパレータ２６の反転入力端子に供給する。

【0032】

コンパレータ２６は、スロープ電圧ＶＳＬＰ１とエラー電圧ＶＥＲＲとを比較して比較信号であるリセット信号ＲＥＳＥＴを生成する。

【0033】

オシレータ２７は、所定周波数のクロック信号であるセット信号ＳＥＴを生成する。

【0034】

クランプ信号生成回路２８は、セット信号ＳＥＴに同期したパルス信号であるクランプ信号ＶＣＬＰを生成してドライバ２９に供給する。

【0035】

ドライバ２９は、セット信号ＳＥＴ及びリセット信号ＲＥＳＥＴに基づき、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を相補的にオン／オフする。ドライバ２９は、セット信号ＳＥＴの立ち下がりエッジタイミングで第１スイッチＳＷ１をターンオンさせ第２スイッチＳＷ２をターンオフさせる。また、ドライバ２９は、リセット信号ＲＥＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングで第１スイッチＳＷ１をターンオフさせ第２スイッチＳＷ２をターンオンさせる。なお、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオン／オフ切り替わり時には、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の双方がオフになるデッドタイムを設けることが好ましい。

【0036】

また、ドライバ２９は、クランプ信号ＶＣＬＰの立ち上がりエッジタイミングに基づき、各スイッチング周期において第１スイッチＳＷ１がオンである時間をクランプする。

【0037】

図３は、ドライバ２９の一構成例を示す図である。図３に示す構成例のドライバ２９は、ＯＲゲート２９１と、ラッチ回路２９２と、パワーアンプ２９３と、を有する。

【0038】

ＯＲゲート２９１は、リセット信号ＲＥＳＥＴとクランプ信号ＶＣＬＰとの論理和をラッチ回路２９２のリセット端子に供給する。セット信号ＳＥＴはラッチ回路２９２のセット端子に供給される。

【0039】

ラッチ回路２９２の出力端子から電圧ＶＱが出力される。ラッチ回路２９２は、セット信号ＳＥＴの立ち下がりエッジタイミングで電圧ＶＱのレベルをＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切り替える。また、ラッチ回路２９２は、リセット端子に供給される信号ＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングで電圧ＶＱのレベルをＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに切り替える。

【0040】

パワーアンプ２９３は、電圧ＶＱを電力増幅した信号を生成して第１スイッチＳＷ１に供給する。また、パワーアンプ２９３は、電圧ＶＱの反転信号を電力増幅した信号を生成して第２スイッチＳＷ２に供給する。

【0041】

図４は、スイッチング電源装置１Ａの動作を示すタイミングチャートである。各スイッチング周期においてリセット信号ＲＥＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングよりもクランプ信号ＶＣＬＰの立ち上がりエッジタイミングの方が早い場合、第１スイッチＳＷ１がオンである時間はクランプ信号ＶＣＬＰによってクランプされる。これにより、スイッチ制御装置２Ａは過電流保護動作を素早く実行できる。

【0042】

入力電圧ＶＩＮに対する出力電圧ＶＯＵＴの比を小さくすること、及び、スイッチング周波数を高くすることによって、入力電圧ＶＩＮが入力電圧ＶＩＮの標準値と一致し、出力電圧ＶＯＵＴが出力電圧ＶＯＵＴの目標値と一致するときに、各スイッチング周期における第１スイッチＳＷ１がオンである時間は２０ｎＳ以下に設定されることが望ましく、５ｎＳ以下に設定されることがより望ましく、３ｎＳ以下に設定されることがさらに望ましい。このような設定により、素早い過電流保護が必要不可欠になり、素早い過電流保護の効果が顕著になる。

【0043】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｂの構成を示す図である。スイッチング電源装置１Ｂは、スイッチ制御装置２Ａの代わりにスイッチ制御装置２Ｂを有し、且つ、過電流保護回路３を有する点でスイッチング電源装置１Ａと異なり、それ以外の点でスイッチング電源装置１Ａと同様である。

【0044】

過電流保護回路３は、第２スイッチＳＷ２がオンであるときに第２スイッチＳＷ２を流れる電流が過電流であるか否かを判定し、判定結果をスイッチ制御装置２Ｂに供給する。過電流保護回路３は、第２スイッチＳＷ２がオンであるときに第２スイッチＳＷ２を流れる電流が過電流であると判定した場合に、スイッチ制御装置２Ｂに供給する電圧Ｖ３をＨＩＧＨレベルにする。一方、過電流保護回路３は、第２スイッチＳＷ２がオンであるときに第２スイッチＳＷ２を流れる電流が過電流でないと判定した場合に、スイッチ制御装置２Ｂに供給する電圧Ｖ３をＬＯＷレベルにする。

【0045】

スイッチ制御装置２Ｂとスイッチ制御装置２Ａとは、ドライバ２９の構成が異なっており、それ以外の点では同様である。

【0046】

図６は、スイッチ制御装置２Ｂに設けられるドライバ２９の一構成例を示す図である。図６に示す構成例のドライバ２９は、ＯＲゲート２９１と、ラッチ回路２９２と、パワーアンプ２９３と、ＮＯＴゲート２９４と、ＡＮＤゲート２９５と、を有する。

【0047】

ＯＲゲート２９１は、リセット信号ＲＥＳＥＴとクランプ信号ＶＣＬＰとの論理和をＡＮＤゲート２９５の第１入力端子に供給する。ＮＯＴゲート２９４は、電圧Ｖ３の反転信号をＡＮＤゲート２９５の第２入力端子に供給する。ＡＮＤゲート２９５の出力端子から出力される信号は、ラッチ回路２９２のリセット端子に供給される。セット信号ＳＥＴはラッチ回路２９２のセット端子に供給される。

【0048】

ラッチ回路２９２の出力端子から電圧ＶＱが出力される。ラッチ回路２９２は、セット信号ＳＥＴの立ち下がりエッジタイミングで電圧ＶＱのレベルをＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切り替える。また、ラッチ回路２９２は、リセット端子に供給される信号ＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングで電圧ＶＱのレベルをＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに切り替える。

【0049】

パワーアンプ２９３は、電圧ＶＱを電力増幅した信号を生成して第１スイッチＳＷ１に供給する。また、パワーアンプ２９３は、電圧ＶＱの反転信号を電力増幅した信号を生成して第２スイッチＳＷ２に供給する。

【0050】

図７は、負荷ＬＤ１がグランド電位に短絡していない状態から短絡した状態に遷移した場合のスイッチング電源装置１Ｂの動作を示すタイミングチャートである。各スイッチング周期においてリセット信号ＲＥＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングよりもクランプ信号ＶＣＬＰの立ち上がりエッジタイミングの方が早い場合、第１スイッチＳＷ１がオンである時間はクランプ信号ＶＣＬＰによってクランプされる。これにより、スイッチ制御装置２Ａは過電流保護動作を素早く実行できる。また、過電流保護回路３でも過電流を検出できているため、過電流保護回路３によっても過電流保護動作が実行され得る。ただし、クランプ信号ＶＣＬＰによる過電流保護の方が過電流保護回路３による過電流保護よりも速いため、過電流保護回路３によっても過電流保護は予備的なものとなる。

【0051】

図８は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続ノードがグランド電位に短絡していない状態から短絡した状態に遷移した場合のスイッチング電源装置１Ｂの動作を示すタイミングチャートである。各スイッチング周期においてリセット信号ＲＥＳＥＴの立ち上がりエッジタイミングよりもクランプ信号ＶＣＬＰの立ち上がりエッジタイミングの方が早い場合、第１スイッチＳＷ１がオンである時間はクランプ信号ＶＣＬＰによってクランプされる。これにより、スイッチ制御装置２Ａは過電流保護動作を素早く実行できる。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続ノードがグランド電位に短絡した場合、過電流保護回路３では過電流を検出できないが、クランプ信号ＶＣＬＰによって過電流保護が実行されるため、スイッチ制御装置２Ｂは過電流から適切に保護される。

【0052】

＜用途＞
次に、先に説明したスイッチング電源装置１の用途例について説明する。図９は、車載機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、車載機器Ｘ１１～Ｘ１７と、これらの車載機器Ｘ１１～Ｘ１７に電力を供給するバッテリ（不図示）と、を搭載している。当該バッテリから出力される電圧の標準値は、例えば４８Ｖである。

【0053】

車載機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。

【0054】

車載機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。

【0055】

車載機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。

【0056】

車載機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power Steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。

【0057】

車載機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。

【0058】

車載機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。

【0059】

車載機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［Electronic Toll Collection System］など、ユーザの任意で車両Ｘに装着される電子機器である。

【0060】

なお、先に説明したスイッチング電源装置１は、車載機器Ｘ１１～Ｘ１７のいずれにも組み込むことが可能である。また、先に説明したスイッチング電源装置１の用途としては、車両Ｘに搭載される電源に限定されず、例えば産業機器に搭載される電源であってもよい。産業機器に搭載される場合、入力電圧ＶＩＮの標準値は、例えば６００Ｖである。

【0061】

＜その他＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものでは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及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。

【0062】

以上説明したスイッチ制御装置（２Ａ、２Ｂ）は、第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端がインダクタ（Ｌ１）の第１端に接続可能に構成された第１スイッチ（ＳＷ１）のオン／オフと、第１端が前記インダクタの第１端及び前記第１スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記入力電圧よりも低い低電圧の印加端に接続可能に構成された第２スイッチ（ＳＷ２）のオン／オフと、を制御するように構成されたスイッチ制御装置であって、各スイッチング周期において前記第１スイッチがオンである時間を閾値以下に制限するように構成された制限部（２１）を有する構成（第１の構成）である。

【0063】

上記第１の構成であるスイッチ制御装置は、過電流保護を素早く行うことができる。

【0064】

上記第１の構成であるスイッチ制御装置において、前記閾値は、前記入力電圧の標準値と、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧の目標値とに応じた値である構成（第２の構成）であってもよい。

【0065】

上記第２の構成であるスイッチ制御装置は、通常動作であるにもかかわらず過電流保護がかかることを抑制することができる。

【0066】

以上説明したスイッチング電源装置（１Ａ、１Ｂ）は、上記第１又は第２の構成であるスイッチ制御装置と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記インダクタと、を有する構成（第３の構成）である。

【0067】

上記第３の構成であるスイッチング電源装置は、過電流保護を素早く行うことができる。

【0068】

上記第３の構成であるスイッチング電源装置において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも一方は、化合物半導体素子である構成（第４の構成）であってもよい。

【0069】

上記第４の構成であるスイッチング電源装置では、入力電圧Ｎに対する出力電圧の比を小さくすること、及び、スイッチング周波数を高くすることが容易になる。

【0070】

上記第３又は上記第４の構成であるスイッチング電源装置において、前記スイッチ制御装置は、シリコンチップを含む半導体集積回路装置である構成（第５の構成）であってもよい。

【0071】

上記第５の構成であるスイッチング電源装置は、スイッチ制御装置の低コスト化を図ることができる。

【0072】

上記第３～第５いずれかの構成であるスイッチング電源装置において、前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は２０ｎＳ以下である構成（第６の構成）であってもよい。

【0073】

上記第６の構成であるスイッチング電源装置は、素早い過電流保護が必要不可欠になり、素早い過電流保護の効果が顕著になる。

【0074】

上記第６の構成であるスイッチング電源装置において、前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は５ｎＳ以下である構成（第７の構成）であってもよい。

【0075】

上記第７の構成であるスイッチング電源装置は、素早い過電流保護が必要不可欠になり、素早い過電流保護の効果が一層顕著になる。

【0076】

上記第７の構成であるスイッチング電源装置において、前記入力電圧が前記入力電圧の標準値と一致し、前記インダクタの第２端に発生する出力電圧が前記出力電圧の目標値と一致するときに、前記各スイッチング周期における前記第１スイッチがオンである時間は３ｎＳ以下である構成（第８の構成）であってもよい。

【0077】

上記第８の構成であるスイッチング電源装置は、素早い過電流保護が必要不可欠になり、素早い過電流保護の効果がより一層顕著になる。

【0078】

以上説明した車載機器（Ｘ１１～Ｘ１７）は、上記第１若しくは上記第２の構成であるスイッチ制御装置、又は、上記第３～第８いずれかの構成であるスイッチング電源装置を有する構成（第９の構成）である。

【0079】

上記第９の構成である車載機器は、過電流保護を素早く行うことができる。

【0080】

以上説明した車両（Ｘ）は、上記第９の構成である車載機器を有する構成（第１０の構成）である。

【0081】

上記第１０の構成である車両は、過電流保護を素早く行うことができる。

【符号の説明】

【0082】

１Ａ、１Ｂ スイッチング電源装置
２Ａ、２Ｂ スイッチ制御装置
３ 過電流保護回路
２１ 制限部
２２ スロープ回路
２３ 加算回路
２４ 基準電圧源
２５ エラーアンプ
２６ コンパレータ
２７ オシレータ
２８ クランプ信号生成回路
２９ ドライバ
２９１ ＯＲゲート
２９２ ラッチ回路
２９３ パワーアンプ
２９４ ＮＯＴゲート
２９５ ＡＮＤゲート
ＣＯＵＴ 出力コンデンサ
ＦＢ１ 帰還部
Ｌ１ インダクタ
ＬＤ１ 負荷
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
Ｘ 車両
Ｘ１１～Ｘ１７ 車載機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】