特許 7445521 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】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020094287

(22)【出願日】2020-05-29

(65)【公開番号】P2021191109

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-23

(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】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋口 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】田古部 勲

(72)【発明者】

【氏名】糸原 啓太

(72)【発明者】

【氏名】河野 明大

(72)【発明者】

【氏名】住友 弘典

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０９１１８２４１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０９９６６８４２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－３１２４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６１０５９（ＪＰ，Ａ）

(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】

入力電圧を出力電圧に降圧するよう構成されるスイッチング電源装置であって、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、
第１端が前記第１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る第２スイッチと、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、
第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、
前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、
を備え、
前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成され、
正常動作時は、前記第２インダクタを介して、前記第１接続ノードから前記第２接続ノードに向かって流れる電流は発生しない、スイッチング電源装置。

【請求項2】

入力電圧を出力電圧に降圧するよう構成されるスイッチング電源装置であって、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、
第１端が前記第１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る第２スイッチと、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、
第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、
前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、
を備え、
前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成され、
前記制御部は、
前記第１スイッチをオン状態にし、前記第２～第４スイッチをオフ状態にする第１状態と、
前記第２スイッチをオン状態にし、前記第１、第３、及び第４スイッチをオフ状態にする第２状態と、
前記第２及び第３スイッチをオン状態にし、前記第１及び第４スイッチをオフ状態にする第３状態と、
前記第３スイッチをオン状態にし、前記第１、第２、及び第４スイッチをオフ状態にする第４状態と、
前記第１及び第４スイッチをオン状態にし、前記第２及び第３スイッチをオフ状態にする第５状態と、
を有する、スイッチング電源装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１状態、前記第２状態、前記第３状態、前記第４状態、及び前記第５状態の順で前記第１～第５状態を繰り返す、請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記第３状態において前記第２スイッチを流れる電流が略零になると、前記第３状態から前記第４状態に遷移する、請求項２又は請求項３に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第４状態において前記第１スイッチの第１端及び第２端の電位差が略零になると、前記第４状態から前記第５状態に遷移する、請求項２～４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記第１スイッチ及び前記第２スイッチそれぞれのオン／オフが切り替わる過程で、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチそれぞれのオン／オフを切り替える、請求項１～５のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記第１～第４スイッチは、前記第１接続ノードと、前記第２接続ノードとの間に容量が設けられるよう構成され、
前記容量は、前記第２インダクタに直列接続される、請求項１～６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、
第１端が前記第１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る第２スイッチと、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、
第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、
を備え、
前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成される、スイッチング電源装置の一部であって、
正常動作時は、前記第２インダクタを介して、前記第１接続ノードから前記第２接続ノードに向かって流れる電流は発生しないように前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部を備える、スイッチ制御装置。

【請求項9】

第１端が入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、
第１端が前記第１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る第２スイッチと、
第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、
第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、
を備え、
前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成される、スイッチング電源装置の一部であって、
前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチをオン状態にし、前記第２～第４スイッチをオフ状態にする第１状態と、
前記第２スイッチをオン状態にし、前記第１、第３、及び第４スイッチをオフ状態にする第２状態と、
前記第２及び第３スイッチをオン状態にし、前記第１及び第４スイッチをオフ状態にする第３状態と、
前記第３スイッチをオン状態にし、前記第１、第２、及び第４スイッチをオフ状態にする第４状態と、
前記第１及び第４スイッチをオン状態にし、前記第２及び第３スイッチをオフ状態にする第５状態と、
を有する、スイッチ制御装置。

【請求項10】

前記第１スイッチ及び前記第２スイッチそれぞれのオン／オフが切り替わる過程で、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチそれぞれのオン／オフを切り替える、請求項８又は請求項９に記載のスイッチ制御装置。

【請求項11】

請求項１～７のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置又は請求項８～１０のいずれか一項に記載のスイッチ制御装置を備える、車載機器。

【請求項12】

請求項１１に記載の車載機器と、
前記車載機器に電力を供給するバッテリと、
を備える、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、入力電圧を出力電圧に降圧するスイッチング電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

入力電圧を出力電圧に降圧する降圧型スイッチング電源装置では、一般にハイサイドスイッチをオフ状態からオン状態に切り替える際に、リカバリー損失及びスイッチング損失が生じ、これらの２つの損失が効率悪化の要因となる。降圧型スイッチング電源装置のスイッチング周波数が高いほど、一定時間に上記２つの損失が発生する回数が増えるため、効率悪化が顕著になる。また、降圧型スイッチング電源装置の入力電圧が大きいほど、スイッチング損失が大きくなるため、効率悪化が顕著になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－５９２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば特許文献１に開示されているスイッチング電源装置によると、上記２つの損失を抑制することができる。しかしながら、特許文献１に開示されているスイッチング電源装置は、トランス（カップルドインダクタ）が必要であるという構成上の制約があった。

【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ング電源装置は、入力電圧を出力電圧に降圧するよう構成されるスイッチング電源装置であって、第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成され、第２端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、第１端が前記第１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る第２スイッチと、第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、を備え、前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成される構成（第１の構成）である。

【0006】

上記第１の構成のスイッチング電源装置において、正常動作時は、前記第２インダクタを介して、前記第１接続ノードから前記第２接続ノードに向かって流れる電流は発生しない構成（第２の構成）としてもよい。

【0007】

上記第１又は第２の構成の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スイッチそれぞれのオン／オフが切り替わる過程で、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチそれぞれのオン／オフを切り替える構成（第３の構成）としてもよい。

【0008】

上記第１～第３いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第１スイッチをオン状態にし、前記第２～第４スイッチをオフ状態にする第１状態と、前記第２スイッチをオン状態にし、前記第１、第３、及び第４スイッチをオフ状態にする第２状態と、前記第２及び第３スイッチをオン状態にし、前記第１及び第４スイッチをオフ状態にする第３状態と、前記第３スイッチをオン状態にし、前記第１、第２、及び第４スイッチをオフ状態にする第４状態と、前記第１及び第４スイッチをオン状態にし、前記第２及び第３スイッチをオフ状態にする第５状態と、を有する構成（第４の構成）としてもよい。

【0009】

上記第４の構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第１状態、前記第２状態、前記第３状態、前記第４状態、及び前記第５状態の順で前記第１～第５状態を繰り返す構成（第５の構成）としてもよい。

【0010】

上記第４又は第５の構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第３状態において前記第２スイッチを流れる電流が略零になると、前記第３状態から前記第４状態に遷移する構成（第６の構成）としてもよい。

【0011】

上記第４～第６いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第４状態において前記第１スイッチの第１端及び第２端の電位差が略零になると、前記第４状態から前記第５状態に遷移する構成（第７の構成）としてもよい。

【0012】

上記第１～第７いずれかの構成のスイッチング電源装置において、前記第１～第４スイッチは、前記第１接続ノードと、前記第２接続ノードとの間に容量が設けられるよう構成され、前記容量は、前記第２インダクタに直列接続される構成（第８の構成）としてもよい。

【0013】

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端が第１インダクタの第１端に接続可能に構成される第１スイッチと、第１端が前記第１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る第２スイッチと、第１端が前記入力電圧の印加端に接続可能に構成される第３スイッチと、第１端が前記第３スイッチの第２端に接続可能に構成され、第２端が前記低電圧の印加端に接続可能に構成される第４スイッチと、前記第１～第４スイッチそれぞれのオン／オフを制御するよう構成される制御部と、を備え、前記第１～第４スイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの第１接続ノードと、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの第２接続ノードとの間に第２インダクタが設けられるよう構成される、スイッチング電源装置の一部であって、前記第３スイッチのオン／オフと前記第４スイッチのオン／オフを制御する構成（第９の構成）である。

【0014】

上記第９の構成の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スイッチそれぞれのオン／オフが切り替わる過程で、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチそれぞれのオン／オフを切り替える構成（第１０の構成）としてもよい。

【0015】

上記第９又は第１０の構成のスイッチング電源装置において、前記第１スイッチのオン／オフと前記第２スイッチのオン／オフを制御する構成（第１１の構成）としてもよい。

【0016】

本明細書中に開示されている車載機器は、上記第１～第８いずれかの構成のスイッチング電源装置又は上記第９～第１１いずれかの構成のスイッチ制御装置を備える構成（第１２の構成）である。

【0017】

本明細書中に開示されている車両は、上記第１２の構成の車載機器と、前記車載機器に電力を供給するバッテリと、を備える構成（第１３の構成）である。

【発明の効果】

【0018】

本明細書中に開示されている発明によれば、高効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】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

【図2】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ムチャート

【図3】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の第１状態を示す図

【図4】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の第２状態を示す図

【図5】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の第３状態を示す図

【図6】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の第４状態を示す図

【図7】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の第５状態を示す図

【図8】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

【図9】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ムチャート

【図10】制御部の一構成例を示す図

【図11】車両の一構成例を示す外観図

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

＜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の構成を示す図である。第１実施形態に係るスイッチング電源装置１Ａ（以下、「スイッチング電源装置１Ａ」という）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って、制御部ＣＮＴ１と、第１～第４スイッチＳＷ１～ＳＷ４と、第１インダクタＬ１と、第２インダクタＬ２と、出力コンデンサＣ１と、出力帰還部ＦＢ１と、を備える。

【0022】

制御部ＣＮＴ１は、出力帰還部ＦＢ１の出力に基づき、第１～第４スイッチＳＷ１～ＳＷ４のオン／オフを制御する。言い換えると、制御部ＣＮＴ１は、第１～第４スイッチＳＷ１～ＳＷ４のオン／オフを制御するスイッチ制御装置である。また、制御部ＣＮＴ１は、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４のオン／オフを制御するスイッチ制御装置でもある。

【0023】

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端が第１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の印加端から第１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。

【0024】

第２スイッチＳＷ２は、第１端が第１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第１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。

【0025】

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及び第２スイッチＳＷ２の第１接続ノードＮ１にパルス状のスイッチ電圧ＶＳＷが生成される。第１インダクタＬ１及び出力コンデンサＣ１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。

【0026】

出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還信号を生成して出力する。出力帰還部ＦＢ１としては、例えば出力電圧ＶＯＵＴを抵抗分圧して帰還信号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、出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴを取得し、出力電圧ＶＯＵＴそのものを帰還信号として出力する構成であってもよい。なお、出力帰還部ＦＢ１は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた帰還信号に加えて、第１インダクタＬ１を流れる電流に応じた帰還信号も生成して出力する構成であってもよい。出力帰還部ＦＢ１が第１インダクタＬ１を流れる電流に応じた帰還信号も生成することで、電流モード制御が可能になる。

【0027】

第３スイッチＳＷ３は、第１端が入力電圧ＶＩＮの印加端に接続可能に構成される。第３スイッチＳＷ３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３スイッチＳＷ３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。

【0028】

第４スイッチＳＷ４は、第１端が第３スイッチＳＷ３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４スイッチＳＷ４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。

【0029】

第２インダクタＬ２は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の第１接続ノードＮ１と第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４の第２接続ノードＮ２との間に設けられる。具体的には、第２インダクタＬ２の第１端は、第１接続ノードＮ１に接続され、第２インダクタＬ２の第２端は、第２接続ノードＮ２に接続される。

【0030】

第２インダクタＬ２のインダクタンス値は、第１インダクタＬ１のインダクタンス値より小さい。例えば、第２インダクタＬ２のインダクタンス値は、第１インダクタＬ１のインダクタンス値の１／１０程度に設定するとよい。

【0031】

図２は、スイッチング電源装置１Ａの動作を示すタイムチャートである。制御部ＣＮＴ１は、出力帰還部ＦＢ１から出力される帰還信号に応じて第１状態ＳＴ１の長さを設定する。負荷ＬＤ１が軽負荷であるほど第１状態ＳＴ１の長さは短くなる。

【0032】

第１状態ＳＴ１において、制御部ＣＮＴ１は、第１スイッチＳＷ１をオン状態にし、第２～第４スイッチＳＷ２～ＳＷ４をオフ状態にする。これにより、第１スイッチＳＷ１から第１インダクタに向かって第１インダクタ電流ＩＬ１が流れる（図３参照）。

【0033】

第１状態ＳＴ１において、第１スイッチ電圧ＶＳＷ１は入力電圧ＶＩＮと略同一の値になり、第２スイッチ電圧ＶＳＷ２はグランド電位ＧＮＤと略同一の値になる。また、第１状態ＳＴ１において、第１インダクタ電流ＩＬ１は時間経過とともに増加し、第２インダクタ電流ＩＬ２は零である。

【0034】

第１状態ＳＴ１が終了すると、制御部ＣＮＴ１は、制御の状態を第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２に切り替える。

【0035】

第２状態ＳＴ２において、制御部ＣＮＴ１は、第２スイッチＳＷ２をオン状態にし、第１、第３、及び第４スイッチＳＷ１、ＳＷ３、及びＳＷ４をオフ状態にする。これにより、第２スイッチＳＷ２から第１インダクタに向かって第１インダクタ電流ＩＬ１が流れる（図４参照）。

【0036】

第２状態ＳＴ２において、第１スイッチ電圧ＶＳＷ１及び第２スイッチ電圧ＶＳＷ２はともにグランド電位ＧＮＤと略同一の値になる。また、第２状態ＳＴ２において、第１インダクタ電流ＩＬ１は時間経過とともに減少し、第２インダクタ電流ＩＬ２は零である。

【0037】

第２状態ＳＴ２が終了すると、制御部ＣＮＴ１は、制御の状態を第２状態ＳＴ２から第３状態ＳＴ３に切り替える。

【0038】

第３状態ＳＴ３において、制御部ＣＮＴ１は、第２及び第３スイッチＳＷ２及びＳＷ３をオン状態にし、第１及び第４スイッチＳＷ１及びＳＷ４をオフ状態にする。これにより、第２スイッチＳＷ２から第１インダクタに向かって第１インダクタ電流ＩＬ１が流れるとともに、第３スイッチＳＷ３から第２インダクタＬ２を経由して第２スイッチＳＷ２に向かって第２インダクタ電流ＩＬ２が流れる（図５参照）。したがって、第２スイッチＳＷ２を流れる電流は、第１インダクタ電流ＩＬ１及び第２インダクタ電流ＩＬ２の合計電流となる。

【0039】

第３状態ＳＴ３において、第１スイッチ電圧ＶＳＷ１及び第２スイッチ電圧ＶＳＷ２はともにグランド電位ＧＮＤと略同一の値になる。また、第３状態ＳＴ３において、第１インダクタ電流ＩＬ１は時間経過とともに減少し、第２インダクタ電流ＩＬ２は時間経過とともに増加する。

【0040】

第１インダクタ電流ＩＬ１の絶対値と第２インダクタ電流ＩＬ２の絶対値とが略等しくなると、すなわち、第２スイッチＳＷ２を流れる電流が略零になると、制御部ＣＮＴ１は、制御の状態を第３状態ＳＴ３から第４状態ＳＴ４に切り替える。したがって、例えば、スイッチング電源装置１Ａは第２スイッチＳＷ２を流れる電流のゼロクロスを検出する第１検出器を備え、制御部ＣＮＴ１は第１検出器の出力に基づき第３状態ＳＴ３から第４状態ＳＴ４への切り替えを実行すればよい。

【0041】

第４状態ＳＴ４において、制御部ＣＮＴ１は、第３スイッチＳＷ２をオン状態にし、第１、第２、及び第４スイッチＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ４をオフ状態にする。これにより、第１インダクタに第１インダクタ電流ＩＬ１が流れるとともに、第３スイッチＳＷ３から第２インダクタＬ２に向かって第２インダクタ電流ＩＬ２が流れる（図６参照）。

【0042】

第４状態ＳＴ４において、第２スイッチ電圧ＶＳＷ２は入力電圧ＶＩＮと略同一の値になる。また、第４状態ＳＴ４において、第１インダクタ電流ＩＬ１は時間経過とともに減少し、第２インダクタ電流ＩＬ２は時間経過とともに増加する。このような電流の状態で、第１及び第２スイッチＳＷ１及びＳＷ２がともにオフ状態であるので、第１スイッチ電圧ＶＳＷ１は時間経過とともに増加する。

【0043】

第１スイッチ電圧ＳＷ１と入力電圧ＶＩＮとが略等しくなると、すなわち、第１スイッチＳＷ１の第１端と第２端との電位差が略零になると、制御部ＣＮＴ１は、制御の状態を第４状態ＳＴ４から第５状態ＳＴ５に切り替える。したがって、例えば、スイッチング電源装置１Ａは第１スイッチＳＷ１の第１端と第２端との電位差が略零であるか否かを検出する第２検出器を備え、制御部ＣＮＴ１は第２検出器の出力に基づき第４状態ＳＴ４から第５状態ＳＴ５への切り替えを実行すればよい。

【0044】

第５状態ＳＴ５において、制御部ＣＮＴ１は、第１及び第４スイッチＳＷ１及びＳＷ４をオン状態にし、第２及び第３スイッチＳＷ２及びＳＷ３をオフ状態にする。これにより、第１スイッチＳＷ１から第１インダクタに向かって第１インダクタ電流ＩＬ１が流れるとともに、第４スイッチＳＷ４から第２インダクタＬ２に向かって第２インダクタ電流ＩＬ２が流れる（図７参照）。

【0045】

第５状態ＳＴ５において、第１スイッチ電圧ＶＳＷ１は入力電圧ＶＩＮと略同一の値になり、第２スイッチ電圧ＶＳＷ２はグランド電位ＧＮＤと略同一の値になる。また、第５状態ＳＴ５において、第１インダクタ電流ＩＬ１は時間経過とともに増加し、第２インダクタ電流ＩＬ２は時間経過とともに減少する。

【0046】

第２インダクタ電流ＩＬ２が略零になると、すなわち、第４スイッチＳＷ４を流れる電流が略零になると、制御部ＣＮＴ１は、制御の状態を第５状態ＳＴ５から第１状態ＳＴ１に切り替える。したがって、例えば、スイッチング電源装置１Ａは第４スイッチＳＷ４を流れる電流のゼロクロスを検出する第３検出器を備え、制御部ＣＮＴ１は第３検出器の出力に基づき第５状態ＳＴ５から第１状態ＳＴ１への切り替えを実行すればよい。

【0047】

上述したスイッチング電源装置１Ａの動作によると、制御部ＣＮＴ１は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれのオン／オフが切り替わる過程で、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４それぞれのオン／オフを切り替える。具体的には、第３状態ＳＴ３から第５状態ＳＴ５に至るまでの過程すなわち第１スイッチＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替わり第２スイッチＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替わる過程において、制御部ＣＮＴ１は、第３スイッチＳＷ３をオン状態からオフ状態に切り替え第４スイッチＳＷ４をオフ状態からオン状態に切り替える。

【0048】

上述したスイッチング電源装置１Ａの動作によると、図３～図７から明らかな通り、正常動作時は、第２インダクタＬ２を介して、第１接続ノードＮ１から第２接続ノードＮ２に向かって流れる電流は発生しない。なお、上述した正常動作時は、制御部ＣＮＴ１が第１状態ＳＴ１～第５状態ＳＴ５を切り替える際に生じる過渡的な期間を含まない。当該過渡的な期間は、第１状態ＳＴ１～第５状態ＳＴ５の各期間よりも十分に短い期間である。当該過渡的な期間の例としては、第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２に切り替える際に第１状態ＳＴ１と第２状態ＳＴ２との間に生じる期間を挙げることができる。

【0049】

スイッチング電源装置１Ａは、第１スイッチＳＷ１の第１端と第２端との電位差が略零になってから、第１スイッチＳＷ１をオフ状態からオン状態に切り替えるので、第１スイッチＳＷ１におけるリカバリー損失及びスイッチング損失を抑制することができ、高効率化を図ることができる。

【0050】

本実施形態の変形例として、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４それぞれは、第２端が入力電圧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。

【0051】

＜第２実施形態＞
第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略する。図８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。第２実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｂ（以下、「スイッチング電源装置１Ｂ」という）は、スイッチング電源装置１Ａに容量Ｃ２を追加した構成である。図９は、スイッチング電源装置１Ｂの動作を示すタイムチャートである。

【0052】

容量Ｃ２は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の第１接続ノードＮ１と第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４の第２接続ノードＮ２との間に設けられる。そして、容量Ｃ２は、第２インダクタＬ２に直列接続される。具体的には、第２インダクタＬ２の第１端が第１接続ノードＮ１に接続され、容量Ｃ２の第１端が第２インダクタＬ２の第２端に接続され、容量Ｃ２の第２端が第２接続ノードＮ２に接続される。

【0053】

なお、本実施形態とは異なり、容量Ｃ２の第１端が第１接続ノードＮ１に接続され、第２インダクタＬ２の第１端が容量Ｃ２の第２端に接続され、第２インダクタＬ２の第２端が第２接続ノードＮ２に接続されてもよい。

【0054】

スイッチング電源装置１Ｂでは、第２インダクタＬ２と容量Ｃ２との共振によって、第２接続ノードＮ２に全波の電流を流すことできるので、第２インダクタ電流ＩＬ２のピークを抑えることができる（図９参照）。したがって、スイッチング電源装置１Ｂは、スイッチング電源装置１Ａと比較して、ノイズの発生を抑制することができる。

【0055】

また本実施形態の変形例として、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４それぞれは、第２端が入力電圧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。

【0056】

＜制御部の構成＞
図１０は、制御部ＣＮＴ１の一構成例を示す図である。図１０に示す構成例では、制御部ＣＮＴ１を第１半導体集積回路装置Ｄ１と第２半導体集積回路装置Ｄ２とに分けて搭載している。

【0057】

第１半導体集積回路装置Ｄ１には、制御部ＣＮＴ１のうち第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれのオン／オフを制御する部分を搭載する。第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、第１半導体集積回路装置Ｄ１に内蔵されてもよく、第１半導体集積回路装置Ｄ１に対して外付け接続されてもよい。

【0058】

一方、第２半導体集積回路装置Ｄ２には、制御部ＣＮＴ１のうち第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４それぞれのオン／オフを制御する部分を搭載する。第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４は、第２半導体集積回路装置Ｄ２に内蔵されてもよく、第２半導体集積回路装置Ｄ２に対して外付け接続されてもよい。

【0059】

第１半導体集積回路装置Ｄ１は、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２、及び内部生成電圧ＶＲＥＧを第２半導体集積回路装置Ｄ２に供給する。

【0060】

第１信号Ｓ１は、第２接続ノードＮ２がハイインピーダンスである期間すなわち第１状態ＳＴ１の始期から第２状態ＳＴ２の終期までの期間を知らせるための信号である。

【0061】

第２信号Ｓ２は、第４状態ＳＴ４から第５状態ＳＴ５への切り替わりタイミングを知らせるための信号である。例えば、上述した第２検出器の出力を第２信号Ｓ２として用いればよい。

【0062】

内部生成電圧ＶＲＥＧは、入力電圧ＶＩＮに基づき第１半導体集積回路装置Ｄ１の内部で生成される定電圧である。

【0063】

制御部ＣＮＴ１を第１半導体集積回路装置Ｄ１と第２半導体集積回路装置Ｄ２とに分けて搭載することで、高効率化が要求される場合には第１半導体集積回路装置Ｄ１と第２半導体集積回路装置Ｄ２の両方を用い、高効率化よりも低コスト化が優先される場合には第１半導体集積回路装置Ｄ１のみを用いるという使い分けが可能になる。

【0064】

＜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１１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。

【0065】

先に説明したスイッチング電源装置１Ａ又は１Ｂが車両Ｘに搭載される場合、ＡＭラジオ放送の受信に悪影響が出ないようにＡＭ帯域の輻射ノイズを抑えることが求められる。したがって、スイッチング制御回路１が、第１接続ノードＮ１に、１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下の電圧を発生させることが望ましい。すなわち、スイッチング制御回路１が、スイッチ電圧ＶＳＷの周波数（スイッチング周波数）を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下にすることが望ましい。スイッチング周波数が１．８ＭＨｚ未満になると、ＡＭ帯域の輻射ノイズが増加し、スイッチング周波数が２．１ＭＨｚより大きくなると、スイッチング損失が許容範囲を超えるからである。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

なお、先に説明したスイッチング電源装置１Ａ又は１Ｂ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。

【0074】

＜留意点＞
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。

【符号の説明】

【0075】

１Ａ 第１実施形態に係るスイッチング電源装置
１Ｂ 第２実施形態に係るスイッチング電源装置
Ｃ１ 出力コンデンサ
Ｃ２ 容量
ＣＮＴ１ 制御部
ＦＢ１ 出力帰還部
Ｌ１ 第１インダクタ
Ｌ２ 第２インダクタ
ＬＤ１ 負荷
ＳＷ１～ＳＷ４ 第１～第４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】

【図10】

【図11】