特許 7184711 スイッチング電源装置

(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】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20221129BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 C

H02M3/28 W

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019139202

(22)【出願日】2019-07-29

(65)【公開番号】P2021023057

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】日本電産モビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101786

【弁理士】

【氏名又は名称】奥村 秀行

(72)【発明者】

【氏名】北原 直樹

(72)【発明者】

【氏名】諸星 拓也

(72)【発明者】

【氏名】川本 貴之

(72)【発明者】

【氏名】安田 政幸

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－００８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８９１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４８２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値の直流電圧に変換する第１コンバータと、
前記入力端子に入力された直流電圧を前記所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧に変換する第２コンバータと、
前記第１コンバータで変換された直流電圧が出力される第１出力端子と、
前記第２コンバータで変換された直流電圧が出力される第２出力端子と、
前記第１コンバータおよび前記第２コンバータのそれぞれの動作を制御する制御部と、
前記第１コンバータおよび前記制御部へ電源を供給する電源回路と、を備えたスイッチング電源装置において、
前記第１出力端子と前記制御部との間に設けられ、前記第１コンバータの出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記第２出力端子と前記電源回路との間に設けられ、前記制御部から出力されるバックアップ指令信号により動作して、前記第２コンバータの出力電圧をバックアップ用電源として前記電源回路へ供給するバックアップ制御回路と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記第１コンバータの出力電圧が前記第２コンバータの出力電圧より小さくなった時点では、前記バックアップ指令信号を出力せず、
前記第１コンバータの出力電圧が所定値未満となったことが前記電圧検出回路により検出されたことに基づいて、前記第１コンバータの動作を停止させ、
前記第１コンバータの動作が停止した時点またはその近傍の時点で、前記バックアップ指令信号を出力して前記バックアップ制御回路を動作させる、ことを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載のスイッチング電源装置において、
前記電源回路は、
通常時は、前記バックアップ制御回路の非動作の下で、前記第１コンバータの出力電圧に基づいて、前記制御部へ電源を供給し、
前記第１コンバータの出力電圧が前記所定値未満になると、前記バックアップ制御回路の動作の下で、前記第２コンバータの出力電圧に基づいて、前記制御部および前記第１コンバータへ電源を供給する、ことを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置において、
前記バックアップ制御回路は、
前記第２コンバータの出力電圧を前記電源回路へ供給する供給路を形成する第１スイッチング素子と、
前記制御部からの前記バックアップ指令信号によりオンして、第１スイッチング素子をオンさせる第２スイッチング素子と、を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電圧を降圧または昇圧するＤＣ－ＤＣコンバータを備えたスイッチング電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータを駆動するための高電圧バッテリが搭載されるとともに、このバッテリの電圧を降圧して各部へ供給するための電源装置が搭載される。この電源装置としては、直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換し、この交流電圧を整流して所定の電圧値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータを備えたスイッチング電源装置が一般に用いられている。このようなスイッチング電源装置は、たとえば特許文献１や特許文献２に記載されている。

【0003】

特許文献１のスイッチング電源装置は、スイッチング素子の駆動回路と、この駆動回路を制御する制御部と、駆動回路および制御部に電源電圧を供給する電源回路を備えている。電源回路は、高圧バッテリからの高電圧を、駆動回路の電源電圧である低電圧に変換して駆動回路へ供給するとともに、高圧バッテリからの高電圧および補機バッテリからの低電圧の少なくとも一方を、制御部の電源電圧である低電圧に変換して制御部へ供給する。

【0004】

特許文献２のスイッチング電源装置は、主電源とバックアップ電源とを備えている。主電源とバックアップ電源の設定電圧は同一となっている。通常時には、バックアップ電源は、主電源の出力よりも低い電圧で待機しており、負荷へ電力を供給しない。停電などで交流電圧の入力が停止した場合には、バックアップ電源を設定電圧で動作させて、負荷へ電力を供給するとともに、主電源を停止させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－８９１７１号公報

【文献】特開２０１１－２４２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

スイッチング電源装置には、異なる電圧を出力する２つのコンバータ（メインコンバータとサブコンバータ）を備え、通常時はメインコンバータの出力電圧を電源回路へ供給し、メインコンバータの出力電圧が低下すると、サブコンバータの出力電圧をバックアップ用電源として電源回路へ供給するようにしたものがある。このようなスイッチング電源装置においては、後で詳述するように、メインコンバータがスイッチング動作を行っている状態で、サブコンバータが電源のバックアップを行うと、サブコンバータでは出力電力が大きくなって発熱量が増大し、素子が熱破壊を起こすことがある。

【0007】

本発明の課題は、電源バックアップ時のコンバータの発熱を抑制して、素子の熱破壊を防止できるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電圧が入力される入力端子と、この入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値の直流電圧に変換する第１コンバータと、入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧に変換する第２コンバータと、第１コンバータで変換された直流電圧が出力される第１出力端子と、第２コンバータで変換された直流電圧が出力される第２出力端子と、第１コンバータおよび第２コンバータのそれぞれの動作を制御する制御部と、第１コンバータおよび制御部へ電源を供給する電源回路と、第１出力端子と制御部との間に設けられ、第１コンバータの出力電圧を検出する電圧検出回路と、第２出力端子と電源回路との間に設けられ、制御部から出力されるバックアップ指令信号により動作して、第２コンバータの出力電圧をバックアップ用電源として電源回路へ供給するバックアップ制御回路とを備えている。制御部は、第１コンバータの出力電圧が第２コンバータの出力電圧より小さくなった時点では、バックアップ指令信号を出力せず、第１コンバータの出力電圧が所定値未満となったことが電圧検出回路により検出されたことに基づいて、第１コンバータの動作を停止させる。そして、この停止時点またはその近傍の時点で、制御部は、バックアップ指令信号を出力してバックアップ制御回路を動作させる。

【0009】

このようにすると、第１コンバータの出力電圧が第２コンバータの出力電圧未満となった時点では、第２コンバータによる電源バックアップは開始されず、その後に、第１コンバータがスイッチング動作を停止した時点（またはその近傍の時点）から、第２コンバータによる電源バックアップが開始される。このため、電源バックアップ時に、第２コンバータは、スイッチングのためのバックアップ用電源を第１コンバータへ供給する必要がないので、第２コンバータの出力電力を小さく抑えることができる。その結果、第２コンバータにおいては、発熱量が小さくなって、素子の熱破壊が生じるのを未然に防止することができる。

【0010】

本発明において、電源回路は、通常時は、バックアップ制御回路の非動作の下で、第１コンバータの出力電圧に基づいて制御部へ電源を供給し、第１コンバータの出力電圧が所定値未満になると、バックアップ制御回路の動作の下で、第２コンバータの出力電圧に基づいて制御部および第１コンバータへ電源を供給してもよい。

【0011】

本発明において、バックアップ制御回路は、第２コンバータの出力電圧を電源回路へ供給する供給路を形成する第１スイッチング素子と、制御部からのバックアップ指令信号によりオンして、第１スイッチング素子をオンさせる第２スイッチング素子とを含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明のスイッチング電源装置によれば、電源バックアップ時のコンバータの発熱を抑制して、素子の熱破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のスイッチング電源装置の一例を示したブロック図である。

【図2】図１の要部の回路図である。

【図3】図２においてバックアップ指令信号が出力されていない場合の回路状態を示した図である。

【図4】図２においてバックアップ指令信号が出力されている場合の回路状態を示した図である。

【図5】本発明における第１コンバータのスイッチング領域と、第２コンバータによる電源バックアップ領域との関係を示した図である。

【図6】本発明のスイッチング電源装置の動作を示すタイムチャートである。

【図7】同タイムチャートの他の例である。

【図8】同タイムチャートの他の例である。

【図9】従来のスイッチング電源装置の一例を示したブロック図である。

【図10】従来における第１コンバータのスイッチング領域と、第２コンバータによる電源バックアップ領域との関係を示した図である。

【図11】従来のスイッチング電源装置の動作を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下では、自動四輪車などの車両に搭載されるスイッチング電源装置を例に挙げる。

【0015】

図１において、スイッチング電源装置１００は、入力端子Ｔ１、Ｔ２と、出力端子Ｔ３、Ｔ４と、出力端子Ｔ５、Ｔ６と、第１コンバータ１０１と、第２コンバータ１０２とを備えている。

【0016】

第１コンバータ１０１は、メイン側のＤＣ－ＤＣコンバータ（メインコンバータ）であり、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された直流電圧Ｖｉを所定電圧値の直流電圧Ｖ１に変換して、出力端子Ｔ３、Ｔ４へ出力する。第２コンバータ１０２は、サブ側のＤＣ－ＤＣコンバータ（サブコンバータ）であり、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された直流電圧Ｖｉを前記所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧Ｖ２に変換して、出力端子Ｔ５、Ｔ６へ出力する。出力端子Ｔ３、Ｔ４は、本発明における「第１出力端子」に相当し、出力端子Ｔ５、Ｔ６は、本発明における「第２出力端子」に相当する。

【0017】

一例として、入力端子Ｔ１、Ｔ２の入力電圧Ｖｉは２００Ｖ、出力端子Ｔ３、Ｔ４の出力電圧Ｖ１は１２Ｖ、出力端子Ｔ５、Ｔ６の出力電圧Ｖ２は１０Ｖである。すなわち、本例の場合、第１コンバータ１０１と第２コンバータ１０２は、いずれも、高電圧を低電圧に変換する降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータである。

【0018】

入力端子Ｔ１は、直流電圧Ｖｉを供給するバッテリ（図示省略）の正極に接続され、入力端子Ｔ２は、同バッテリの負極に接続される。出力端子Ｔ３、Ｔ４には、出力電圧Ｖ１を電源として作動する負荷や、出力電圧Ｖ１によって充電されるバッテリなどが接続される（図示省略）。出力端子Ｔ５、Ｔ６には、出力電圧Ｖ２を電源として作動する制御回路などが接続される（図示省略）。端子Ｔ１～Ｔ６のうち、出力端子Ｔ４と出力端子Ｔ６は、スイッチング電源装置１００の外部において電気的に接続されて、共通のグランドに接地される（図示省略）。

【0019】

スイッチング電源装置１００は、さらに、電圧検出回路６と、電源回路７と、バックアップ制御回路８と、制御部９と、ダイオードＤ１、Ｄ２とを備えている。

【0020】

電圧検出回路６は、出力端子Ｔ３と制御部９との間に設けられていて、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１を検出する。電源回路７は、バックアップ制御回路８と制御部９との間に設けられていて、通常時は、出力電圧Ｖ１に基づいて各コンバータ１０１、１０２と制御部９に電源電圧を供給する。バックアップ制御回路８は、出力端子Ｔ５と電源回路７との間に設けられていて、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１が、断線や故障により消失したり所定値未満まで低下したりした場合（異常時）に、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２を、バックアップ用電源として電源回路７へ供給する。

【0021】

ダイオードＤ１は、出力端子Ｔ３と電源回路７との間に設けられていて、通常時において、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１を電源回路７へ供給するための供給路を形成する。ダイオードＤ２は、バックアップ制御回路８と電源回路７との間に設けられていて、出力電圧Ｖ１の異常時に、バックアップ制御回路８からのバックアップ用電源（出力電圧Ｖ２）を電源回路７へ供給するための供給路を形成する。

【0022】

制御部９は、マイクロコンピュータから構成されており、第１コンバータ１０１、第２コンバータ１０２、およびバックアップ制御回路８の各動作を制御する。制御部９には、車載ＥＣＵ（電子制御ユニット）などの外部装置から、外部信号として出力要求信号Ｓ１が入力される。この信号Ｓ１は、第２コンバータ１０２の動作を要求する信号である。また、制御部９は、出力要求信号Ｓ１を受けて、出力許可信号Ｓ２を第２コンバータ１０２へ出力する。この信号Ｓ２は、第２コンバータ１０２に対して動作を許可する信号である。さらに、制御部９は、出力電圧Ｖ１が所定値未満となったことが電圧検出回路６により検出された場合に、バックアップ指令信号Ｓ３をバックアップ制御回路８へ出力する。この信号Ｓ３は、バックアップ制御回路８に備わるスイッチング素子（後述）をオンさせるための信号である。

【0023】

メインコンバータである第１コンバータ１０１は、入力フィルタ１、スイッチング回路２、絶縁トランス３、整流回路４、および平滑回路５を備えている。これらの各部の構成は公知であり、また、第１コンバータ１０１自体は本発明と直接関係しないので、第１コンバータ１０１についての詳細な説明は割愛する。なお、本例の第１コンバータ１０１は、絶縁トランス３によって入力側と出力側が絶縁された、絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータである。

【0024】

サブコンバータである第２コンバータ１０２は、スイッチング回路２０、絶縁トランス２１、主巻線側の整流回路２２、補助巻線側の整流回路２３、絶縁回路２６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路２７、およびフィードバック回路２８を備えている。第２コンバータ１０２は、前述したように、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された直流電圧Ｖｉを降圧して出力する機能と、第１コンバータ１０１の出力異常時に制御部９へバックアップ用電源を供給する機能とを有している。本例の第２コンバータ１０２も、絶縁トランス２１によって入力側と出力側が絶縁された、絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータである。なお、図１では、補助巻線側の整流回路２３の後段の回路を省略してある。

【0025】

図２は、第２コンバータ１０２におけるスイッチング回路２０、絶縁トランス２１、および主巻線側の整流回路２２の具体的な回路を示している。また、図２には、バックアップ制御回路８の具体的な回路も示されている。ここに示した回路は一例であって、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、図２においては、図１の第２コンバータ１０２を構成するブロックのうち、補助巻線側の整流回路２３および絶縁回路２６を省略してある。

【0026】

スイッチング回路２０は、スイッチング素子Ｑ３を有している。本例では、このスイッチング素子Ｑ３はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、絶縁トランス２１の一次巻線Ｌａとグランドとの間に接続されている。スイッチング素子Ｑ３のゲートはＰＷＭ回路２７に接続されており、ＰＷＭ回路２７からゲートに与えられるＰＷＭ信号により、スイッチング素子Ｑ３はオンオフ動作を行う。

【0027】

絶縁トランス２１は、一次巻線Ｌａと、二次巻線Ｌｂ、Ｌｃとを有している。二次巻線のうち、巻線Ｌｂは主巻線であり、巻線Ｌｃは補助巻線である。補助巻線Ｌｃは本発明と直接関係しないため、巻線の後段の回路は省略してある。絶縁トランス２１の一次側と二次側は、電気的に絶縁されている。一次巻線Ｌａに印加される入力電圧Ｖｉは、スイッチング素子Ｑ３のオンオフによりスイッチングされて交流電圧（パルス電圧）となり、絶縁トランス２１の二次巻線Ｌｂ、Ｌｃに伝達される。

【0028】

二次巻線Ｌｂの後段に設けられた整流回路２２は、ダイオードＤ４とコンデンサＣ１とを有している。ダイオードＤ４は、二次巻線Ｌｂに生じる交流電圧を整流して、直流電圧にするための整流ダイオードである。コンデンサＣ１は、ダイオードＤ４で整流された直流電圧を平滑して、出力端子Ｔ５、Ｔ６から出力するための出力コンデンサである。ダイオードＤ４は、二次巻線Ｌｂの一端と出力端子Ｔ５との間に接続されており、コンデンサＣ１は、出力端子Ｔ５、Ｔ６間に接続されている。

【0029】

バックアップ制御回路８は、第１トランジスタＱ１と、第２トランジスタＱ２と、抵抗Ｒ１とを有している。第１トランジスタＱ１は、出力端子Ｔ５と電源回路７（図１）との間に設けられ、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２をバックアップ用電源として、電源回路７へ供給するための供給路を形成する。第２トランジスタＱ２は、第１トランジスタＱ１のベースとグランドとの間に設けられ、制御部９からのバックアップ指令信号Ｓ３によりオンして、第１トランジスタＱ１をオンさせる。抵抗Ｒ１は、第１トランジスタＱ１のベースに接続されたベース抵抗である。第１トランジスタＱ１は、本発明における「第１スイッチング素子」に相当し、第２トランジスタＱ２は、本発明における「第２スイッチング素子」に相当する。

【0030】

第１トランジスタＱ１のエミッタは、出力端子Ｔ５に接続されている。第１トランジスタＱ１のコレクタは、ダイオードＤ２を介して、電源回路７（図１）に接続されている。第１トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ１を介して第２トランジスタＱ２のコレクタに接続されている。第２トランジスタＱ２のベースは、制御部９に接続されており、第２トランジスタＱ２のエミッタは、グランドに接地されている。

【0031】

バックアップ制御回路８は、制御部９から出力されるバックアップ指令信号Ｓ３により動作する。詳しくは、図３に示すように、バックアップ指令信号Ｓ３が「Ｌ」（Low）の状態、すなわち制御部９からバックアップ指令信号Ｓ３が出力されていない場合は、バックアップ制御回路８の第２トランジスタＱ２はオフであり、第１トランジスタＱ１もオフとなっている。また、図４に示すように、バックアップ指令信号Ｓ３が「Ｈ」（High）の状態、すなわち制御部９からバックアップ指令信号Ｓ３が出力されている場合は、第２トランジスタＱ２はオンとなり、第１トランジスタＱ１もオンとなる。第１トランジスタＱ１がオンすることにより、図４で太線の矢印で示すように、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２をバックアップ用電源として電源回路７へ供給する供給路（電源バックアップ経路）が形成される。電源バックアップの詳細については後述する。

【0032】

図１に戻って、絶縁回路２６は、制御部９から出力された出力許可信号Ｓ２を電気的に絶縁しつつＰＷＭ回路２７へ伝達する回路であって、アイソレータから構成される。

【0033】

ＰＷＭ回路２７は、絶縁回路２６からの出力許可信号Ｓ２を受けて、所定のデューティを持ったＰＷＭ信号を生成し、これをスイッチング回路２０へ出力する。このＰＷＭ信号は、前述のようにスイッチング素子Ｑ３（図２）のゲートに与えられる。フィードバック回路２８は、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２を目標値と比較し、出力電圧Ｖ２が目標値と一致するように、ＰＷＭ回路２７に対してフィードバック制御を行う。すなわち、出力電圧Ｖ２が目標値より高い場合は、ＰＷＭ信号のデューティを下げ、出力電圧Ｖ２が目標値より低い場合は、ＰＷＭ信号のデューティを上げるように、フィードバック制御が行われる。

【0034】

次に、以上の構成を備えたスイッチング電源装置１００における、第２コンバータ１０２による電源バックアップの詳細について説明する。

【0035】

最初に、従来のスイッチング電源装置における電源バックアップ時の問題点を、図９～図１１に基づいて説明する。

【0036】

図９は、従来のスイッチング電源装置２００の一例を示したブロック図である。図９において、図１と同一の部分または対応する部分には、図１と同一の符号を付してある。なお、図９では、第１コンバータ１０１と第２コンバータ１０２における各ブロックの図示を省略してある。

【0037】

図９のスイッチング電源装置２００においては、電源回路７の入力側が、ダイオードＤ２を介して直接、出力端子Ｔ５に接続されており、本発明のようなバックアップ制御回路８（図１）は設けられていない。このため、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１が、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２未満になると（Ｖ１＜Ｖ２）、ダイオードＤ２が順方向となって導通し、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２が、自動的にバックアップ用電源としてダイオードＤ２を介して電源回路７へ供給される。そして、電源回路７は、この出力電圧Ｖ２に基づいて、各コンバータ１０１、１０２のスイッチング動作に必要な電源と、制御部９の動作に必要な電源とを、バックアップ用電源として各コンバータ１０１、１０２および制御部９に供給する。スイッチング用電源の消費電力は、制御部用電源の消費電力に比べて、はるかに大きい。

【0038】

図１０は、従来における第１コンバータ１０１のスイッチング領域と、第２コンバータ１０２による電源バックアップ領域との関係を示している。

【0039】

図１０において、Ｖａは、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を停止する場合の出力電圧の閾値を示し、Ｖｂは、第１コンバータ１０１の出力電圧の上限値を示している。第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１は、０～Ｖｂの範囲で変動する。第１コンバータ１０１は、出力電圧Ｖ１がＶａ≦Ｖ１≦Ｖｂの範囲にあるときは、スイッチング動作を行う。このときのスイッチング領域Ｖａ～Ｖｂでは、スイッチング動作によって消費電力が大きくなる。

【0040】

一方、第２コンバータ１０２は、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１が第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２未満になると（Ｖ１＜Ｖ２）、ダイオードＤ２を介して、電源バックアップを行う。このときのバックアップ領域０～Ｖ２は、スイッチング領域Ｖａ～Ｖｂの一部（Ｖａ～Ｖ２）と重複している。そして、この重複領域Ｖａ～Ｖ２では、電源回路７から第１コンバータ１０１へ供給されるバックアップ用電源は、第１コンバータ１０１のスイッチング動作に必要な電源なので、第２コンバータ１０２から電源回路７への供給電力が増大する。しかるに、サブコンバータである第２コンバータ１０２は、メインコンバータである第１コンバータ１０１とは異なり、もともと大電力を出力する仕様にはなっていない。このため、バックアップ用の供給電力が大きくなると、第２コンバータ１０２に大電流が流れて発熱量が増大し、素子が熱破壊するおそれがある。

【0041】

図１１は、図９のスイッチング電源装置２００の動作を示したタイムチャートである。図１１において、（ａ）は第１コンバータ１０１と第２コンバータ１０２の各出力電圧Ｖ１、Ｖ２を示し、（ｂ）は第１コンバータ１０１の消費電力を示し、（ｃ）は第２コンバータ１０２の出力電力（バックアップ用）を示している。

【0042】

図１１からわかるように、従来のスイッチング電源装置２００では、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１が第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２未満になった時点ｔ１で、ダイオードＤ２（図９）が導通して第２コンバータ１０２による電源バックアップが開始される（図１１（ｃ））。そして、この時点ｔ１から出力電圧Ｖ１が所定値Ｖａ未満となる時点ｔ２までの間（ｔ１～ｔ２）は、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を行うため、第１コンバータ１０１では消費電力の大きい状態が継続する（図１１（ｂ））。そして、この消費電力は、第２コンバータ１０２が供給するバックアップ用の電力で賄われるため、第２コンバータ１０２の出力電力も大きくなる（図１１（ｃ）の斜線部分）。ｔ２の時点になると、第１コンバータ１０１のスイッチング動作が停止し、第１コンバータ１０１における消費電力が小さくなるので、第２コンバータ１０２の出力電力も小さくなる。

【0043】

このように、従来のスイッチング電源装置２００の場合は、第２コンバータ１０２が電源バックアップを開始する時点ｔ１では、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を行っている状態にあるため、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を停止するまでの間（ｔ１～ｔ２）、第２コンバータ１０２の出力電力が大きくなって、発熱による素子の熱破壊の問題が生じる。

【0044】

次に、本発明による上記問題点の解決策について、図５および図６を参照しながら説明する。

【0045】

本発明では、バックアップ制御回路８（図１）を設けることによって、図５に示すように、第２コンバータ１０２のバックアップ領域を、従来の０～Ｖ２（図１０）から０～Ｖａに変更し、バックアップ領域が第１コンバータ１０１のスイッチング領域Ｖａ～Ｖｂと重ならないようにしている。

【0046】

詳しくは、図６に示すように、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１が第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２より小さくなった時点ｔ１では、制御部９はバックアップ指令信号Ｓ３を出力せず、バックアップ指令信号Ｓ３は「Ｌ」となっている（図６（ｃ））。したがって、図３に示すように、バックアップ制御回路８のトランジスタＱ１、Ｑ２はいずれもオフであり、バックアップ制御回路８は非動作状態であるので、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２は、バックアップ制御回路８を通って電源回路７へ供給されない。すなわち、第２コンバータ１０２は電源バックアップを行わない。このため、第１コンバータ１０１がスイッチング状態にあっても、第２コンバータ１０２の出力電力が増大することはない（図６（ｄ））。

【0047】

その後、第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１がさらに低下し続けて、一定時間Ｘ１後に、当該電圧Ｖ１が所定値Ｖａ未満となる時点ｔ２に至ると、Ｖ１＜Ｖａになったことが電圧検出回路６（図１）によって検出される。すると、制御部９は、図６（ｂ）に示すように、第１コンバータ１０１のスイッチング動作を停止させると同時に、図６（ｃ）に示すように、バックアップ指令信号Ｓ３を出力する。そして、バックアップ指令信号Ｓ３が「Ｈ」となることによって、図４に示すように、バックアップ制御回路８のトランジスタＱ１、Ｑ２がいずれもオンとなり、バックアップ制御回路８は動作状態となる。このため、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２は、図４に太線の矢印で示した電源バックアップ経路（第１トランジスタＱ１およびダイオードＤ２）を通って、バックアップ用電源として図１の電源回路７へ供給される。

【0048】

図６において、電源バックアップが開始された時点ｔ２以降は、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を行わないため、図６（ｂ）に示すように、第１コンバータ１０１の消費電力が小さくなり、これに応じて第２コンバータ１０２のバックアップ用の出力電力も、図６（ｄ）に示すように小さくなる。

【0049】

このように、本発明のスイッチング電源装置１００においては、バックアップ制御回路８によって、第１コンバータ１０１がスイッチング動作を停止した時点ｔ２から、第２コンバータ１０２による電源バックアップが開始されるようにしている。このため、電源バックアップ時に、第２コンバータ１０２は、スイッチングのためのバックアップ用電源を第１コンバータ１０１へ供給する必要がないので、第２コンバータ１０２の出力電力を小さく抑えることができる。その結果、第２コンバータ１０２においては、発熱量が小さくなって、素子の熱破壊が生じるのを未然に防止することができる。

【0050】

本発明では、上述した実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。

【0051】

図６においては、Ｖ１＜Ｖａとなった時点ｔ２で、第１コンバータ１０１のスイッチング動作を停止させ、これと同時にバックアップ指令信号Ｓ３を出力するようにした（Ｘ１＝ｔ２－ｔ１）。これに対して、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｖ１＜Ｖａとなった時点ｔ２で、第１コンバータ１０１のスイッチング動作を停止させ、その直後にバックアップ指令信号Ｓ３を出力するようにしてもよい（Ｘ２＞ｔ２－ｔ１）。また、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１コンバータ１０１のスイッチング動作が停止する時点ｔ２の直前に、バックアップ指令信号Ｓ３を出力するようにしてもよい（Ｘ３＜ｔ２－ｔ１）。すなわち、制御部９がバックアップ指令信号Ｓ３を出力するタイミングは、第１コンバータ１０１の動作が停止した時点か、その近傍の時点であればよい。

【0052】

前記実施形態では、第１コンバータ１０１と第２コンバータ１０２が共に降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータである例を挙げたが、各コンバータ１０１、１０２は昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。また、各コンバータ１０１、１０２の一方が降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータで、他方が昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

【0053】

前記実施形態では、第１コンバータ１０１と第２コンバータ１０２が共に絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータである例を挙げたが、各コンバータ１０１、１０２は非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

【0054】

前記実施形態では、図１に示したように、電圧検出回路６と電源回路７が制御部９と別に設けられているが、電圧検出回路６と電源回路７を制御部９に組み込んでもよい。

【0055】

前記実施形態では、第１コンバータ１０１の電源と第２コンバータ１０２の電源を、ともに電源回路７から供給するようにしたが、第２コンバータ１０２の電源は、電源回路７とは別の電源回路から供給してもよい。

【0056】

前記実施形態では、スイッチング回路２０を駆動する駆動回路として、ＰＷＭ回路２７を例に挙げたが、ＰＷＭ以外の方式によりスイッチング回路２０を駆動する駆動回路を設けてもよい。

【0057】

前記実施形態では、バックアップ制御回路８に備わるスイッチング素子として、トランジスタＱ１、Ｑ２を例に挙げたが、トランジスタに代えてＦＥＴやリレーなどを用いてもよい。

【0058】

前記実施形態では、車両に搭載されるスイッチング電源装置１００を例に挙げたが、本発明のスイッチング電源装置は、車載以外の用途にも適用することができる。

【符号の説明】

【0059】

６ 電圧検出回路
７ 電源回路
８ バックアップ制御回路
９ 制御部
１００ スイッチング電源装置
１０１ 第１コンバータ
１０２ 第２コンバータ
Ｔ１、Ｔ２ 入力端子
Ｔ３、Ｔ４ 出力端子（第１出力端子）
Ｔ５、Ｔ６ 出力端子（第２出力端子）
Ｑ１ 第１トランジスタ（第１スイッチング素子）
Ｑ２ 第２トランジスタ（第２スイッチング素子）
Ｓ３ バックアップ指令信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】