JP6500701B2 - 駆動電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、ローサイドスイッチ素子及びハイサイドスイッチ素子を駆動する駆動電源回路に関する。

電子機器において、外部電源から供給される入力電圧よりも高い電圧又は低い電圧を負荷回路に供給するため、昇圧型や降圧型のスイッチング方式の電源装置が用いられている（例えば、非特許文献１）。このうち、非絶縁の降圧型の電源装置では、例えばＦＥＴ（Field effect transistor）等からなるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子とが直列に接続されたトーテムポール回路が設けられている。ハイサイドスイッチ素子は駆動回路からのハイサイド制御電圧に応じてオンオフし、ローサイドスイッチ素子は駆動回路からのローサイド制御電圧に応じてハイサイドスイッチ素子のオンオフとは逆位相でオンオフする（例えば、特許文献１）。このようなスイッチング動作により入力電圧が時間分割され、インダクタ、コンデンサ等からなる平滑化回路により平滑化されることにより、所望の電圧が生成される。

参考資料：ＴＰＳ４０３０３，ＴＰＳ４０３０４，ＴＰＳ４０３０５：３Ｖ〜２０Ｖ入力、同期整流バック・コントローラ（テキサス・インストゥルメント（TEXAS INSTRUMENT）社）

特開２０１３−６２７１７号公報

上記のような降圧型の電源装置において、ハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子は、外部電源から供給される入力電圧と同程度の電圧値を有する駆動電圧によって夫々駆動される。従って、入力電圧の電圧値が低い場合には、ハイサイド制御電圧及びローサイド制御電圧はいずれも低電圧となる。このため、高い駆動電圧を必要とする素子をハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子として用いることができないという問題があった。

また、高い駆動電圧を必要とするハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を低電圧で駆動した場合、ハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子が完全なオン状態とならず、相当程度の抵抗値をもった不完全なオン状態となる。従って、電力損失が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部電源からの入力電圧よりも高い電圧値を有する駆動電圧を生成するとともに電力損失の低減を図ることが可能な駆動電源回路を提供することを目的とする。

本発明の駆動電源回路は、外部電源からの入力電圧に基づいて、前記外部電源の低電位電源出力端に接続されたローサイドスイッチ素子と前記外部電源の高電位電源出力端に接続されたハイサイドスイッチ素子との接続端に接続された出力ラインからスイッチング電圧を出力する電圧出力回路において、前記ローサイドスイッチ素子を駆動する第１駆動電圧と前記ハイサイドスイッチ素子を駆動する第２駆動電圧とを生成する駆動電源回路であって、前記外部電源の前記高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオードと、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第１のコンデンサと、アノードが前記第１のコンデンサ及び前記第１のダイオードの接続端に接続された第２のダイオードと、一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記外部電源の前記低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサと、を含む補助電源回路を有し、前記第２のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第１駆動電圧を生成する、ことを特徴とする。

本発明によれば、外部電源からの入力電圧よりも高い電圧値を有する駆動電圧を生成するとともに電力損失の低減を図ることが可能となる。

本発明の実施例１における電源装置の構成を示す回路図である。 電圧出力回路１０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路１０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路１０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路１０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路１０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 実施例１における電圧出力回路１０の各部の電圧波形の例を示す図である。 本発明の実施例２における電源装置の構成を示す回路図である。 電圧出力回路２０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路２０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路２０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路２０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 電圧出力回路２０の動作状態時に流れる電流の一例を模式的に示す図である。 実施例２における電圧出力回路２０の各部の電圧波形の例を示す図である。 実施例２における電圧出力回路２０の各部の電圧波形の例を示す図である。 本発明の電源装置の構成の変形例を示す回路図である。 本発明の電源装置の構成の変形例を示す回路図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、実施例１における電源装置の構成を示す回路図である。電源装置は、非絶縁の降圧型電源であり、外部電源ＥＶ（入力電圧Ｖｉｎ）に接続された電圧出力回路１０と、電圧出力回路１０に接続された平滑化回路ＳＣとを有し、負荷回路ＬＤに降圧電源を供給する。

電圧出力回路１０は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２、ドライバＩＣ１１、起動用回路１２及び補助電源回路１３を含む。電圧出力回路１０は、電源電圧ラインＰＬを介して、外部電源ＥＶのプラス端子（高電位電源出力端）に接続されている。また、電圧出力回路１０は、グランドラインＧＬを介して、外部電源ＥＶのマイナス端子（低電位電源出力端）に接続されている。また、電圧出力回路１０は、スイッチラインＳＬを介して、平滑化回路ＳＣに接続されている。

ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、例えばｎチャネル型のＧａＮ−ＦＥＴから構成されている。ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電源電圧ラインＰＬとグランドラインＧＬとの間において直列に接続され、トーテムポール回路を構成している。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のドレインとハイサイドスイッチ素子Ｑ２のソースとが接続されている。また、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のドレインは電源ラインＰＬを介して外部電源ＥＶのプラス端子に接続され、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のソースはグランドラインＧＬを介して外部電源ＥＶのマイナス端子に接続されている。

ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、相補的にオン状態又はオフ状態となる。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２とは逆位相でオンオフする。ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、この相補的なオンオフの動作によりスイッチング電圧ＳＶを生成し、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の接続端に接続されたスイッチラインＳＬを出力ラインとして、スイッチング電圧ＳＶを出力する。ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフである場合、スイッチング電圧ＳＶの電圧値（すなわち、スイッチラインＳＬの電位）はグランドラインＧＬの電位と等しくなる。一方、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンである場合、スイッチング電圧ＳＶの電圧値は電源電圧ラインＰＬの電位と等しくなる。

ドライバＩＣ１１は、電源端子ＶＤＤ及びフィードバック端子ＦＢを有する。電源端子ＶＤＤは、起動用回路１２及び電源電圧ラインＰＬを介して、外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。フィードバック端子ＦＢは、平滑化回路ＳＣの抵抗ＲＡ及びＲＢの接続点に接続されている。ドライバＩＣ１１は、ＦＥＴドライバＦＤを含む。

ＦＥＴドライバＦＤは、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶ、ローサイド駆動端子ＬＤＲＶ、ブート端子ＢＯＯＴ及びスイッチ端子ＳＷを有する。ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶは、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートに接続されている。ローサイド駆動端子ＬＤＲＶは、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートに接続されている。

起動用回路１２は、外部電源ＥＶのプラス端子に順方向に接続されたダイオードＤ０を含む。ダイオードＤ０のアノードは、外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。ダイオードＤ０のカソードは、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤ及び補助電源回路１３のコンデンサＣ２の一端に接続されている。ダイオードＤ０は、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎの印加に応じてドライバＩＣ１１及びコンデンサＣ２に電流を供給するとともに、逆流を防止する整流作用を有する。

補助電源回路１３は、電源電圧ラインＰＬ、グランドラインＧＬ及びスイッチラインＳＬに接続されている。補助電源回路１３は、第１のダイオードであるダイオードＤ１、第２のダイオードであるダイオードＤ２、第３のダイオードであるダイオードＤ３、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２、第３のコンデンサであるコンデンサＣ３を含む。

ダイオードＤ１は、外部電源ＥＶのプラス端子から見て順方向に接続されている。すなわち、ダイオードＤ１のアノードは、電源電圧ラインＰＬを介して外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１の一端に接続されている。

コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１に直列に接続されている。コンデンサＣ１の一端はダイオードＤ１のカソードに接続され、他端はスイッチラインＳＬに接続されている。

ダイオードＤ２は、ダイオードＤ１と直列且つ同方向に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１の接続端に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２の一端に接続されている。

コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２に直列に接続されている。コンデンサＣ２の一端は、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。コンデンサＣ２の他端は、グランドラインＧＬを介して外部電源ＥＶのマイナス端子に接続されている。

ダイオードＤ３は、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２に直列に接続されている。すなわち、ダイオードＤ３のアノードは、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ２の接続端に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、コンデンサＣ３の一端に接続されている。

コンデンサＣ３は、ダイオードＤ３に直列に接続されている。コンデンサＣ３の一端は、ダイオードＤ３のカソードに接続されている。コンデンサＣ３の他端は、スイッチラインＳＬに接続されている。

起動用回路１２及び補助電源回路１３は、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎに基づいて、ローサイドスイッチ素子Ｑ１を駆動する第１駆動電圧ＶＬと、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動する第２駆動電圧ＶＨと、を生成する。以下、起動用回路１２及び補助電源回路１３を総称して、駆動電源回路１４（図１中の一点鎖線部）と称する。

平滑化回路ＳＣは、インダクタＬ１、コンデンサＣ４、抵抗ＲＡ及びＲＢを含む。インダクタＬ１の一端は、スイッチラインＳＬを介してローサイドスイッチ素子Ｑ１のドレイン及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のソースに接続されている。インダクタＬ１の他端は負荷回路ＬＤに接続されている。コンデンサＣ４は、スイッチラインＳＬとグランドラインＧＬとの間に、負荷回路ＬＤと並列に接続されている。抵抗ＲＡ及びＲＢは直列に接続され、スイッチラインＳＬとグランドラインＧＬとの間に負荷回路ＬＤ及びコンデンサＣ４とは並列に接続されている。抵抗ＲＡと抵抗ＲＢとの接続点は、ドライバＩＣ１１のフィードバック端子ＦＢに接続されている。平滑化回路ＳＣは、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の接続端からスイッチラインＳＬを介して供給されたスイッチング電圧を平滑化して内部電源電圧を生成し、負荷回路ＬＤに供給する。

次に、上記構成を有する電圧出力回路１０におけるローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動に係る動作について、図２〜７を参照して説明する。

図２は、電源装置の起動直後の動作状態、すなわち電圧出力回路１０に外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加された直後の状態における電流の流れを模式的に示す図である。外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加されると、図に矢印で示す電流経路によって電圧出力回路１０に電流が供給される。すなわち、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してドライバＩＣ１１に電流が供給され、電源端子ＶＤＤに入力電圧Ｖｉｎが印加される。これにより、ドライバＩＣ１１の電源がオン状態となる。また、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してコンデンサＣ２に電流が供給され、コンデンサＣ２の充電が開始される。

図３は、図２に示した起動直後の動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電源電圧ラインＰＬを通って補助電源回路１３に供給された電流は、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給される。これにより、コンデンサＣ１は入力電圧Ｖｉｎの電圧値（以下、単に電圧値Ｖｉｎと称する）に充電される。

図４は、図３に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位（すなわち、電圧値Ｖｉｎ）と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ１からダイオードＤ２を経由する電流経路によって、コンデンサＣ２が充電される。この際、スイッチラインＳＬの電位である電圧値Ｖｉｎを基準として、コンデンサＣ１の充電電圧（すなわち、電圧値Ｖｉｎ）がコンデンサＣ２に充電される。従って、コンデンサＣ２は、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、電圧値Ｖｉｎの２倍の電圧値（以下、電圧値２Ｖｉｎと称する）に充電される。

図５は、図４に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ２からダイオードＤ３を経由する電流経路によって、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３は、コンデンサＣ２の充電電圧（すなわち、電圧値２Ｖｉｎ）によって充電される。すなわち、コンデンサＣ３の充電電圧は、電圧値２Ｖｉｎとなる。

また、図５に示す動作状態において、矢印で示すように、コンデンサＣ２からドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤに向かう電流経路によって、ドライバＩＣ１１に電流が供給される。従って、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤには、電圧値２Ｖｉｎの電圧が印加される。すなわち、図２で示した動作状態において電源端子ＶＤＤには電圧値Ｖｉｎが印加されていたが、図５に示す動作状態では、電源端子ＶＤＤに印加される電圧は電圧値２Ｖｉｎに切り替わる。ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートには、ドライバＩＣ１１のローサイド駆動端子ＬＤＲＶを介して、電圧値２Ｖｉｎが印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の駆動電圧である第１駆動電圧ＶＬは、電圧値２Ｖｉｎとなる。

図６は、コンデンサＣ３が電圧値２Ｖｉｎに充電された後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電流はコンデンサＣ３からドライバＩＣ１１のブート端子ＢＯＯＴに入力され、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶから出力される。コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値は２Ｖｉｎであるため、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートには、ゲートに電圧値２Ｖｉｎが印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧である第２駆動電圧ＶＨは、電圧値２Ｖｉｎとなる。

図７は、図２〜６に示した動作状態におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。図中、Ｔ０は起動直後の動作状態の期間（図２）であり、Ｔ１は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフの期間（図３及び図５）であり、Ｔ２はローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンの期間（図４及び図６）である。スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。

コンデンサＣ１は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｉｎとなる。

コンデンサＣ２は、上記の通り電圧値２Ｖｉｎで充電される。従って、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ２の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値２Ｖｉｎとなる。よって、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、電圧値２Ｖｉｎの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。

コンデンサＣ３は、上記の通り電圧値２Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ３の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値２Ｖｉｎとなる。よって、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電圧値２Ｖｉｎの第２駆動電圧ＶＨで駆動される。

以上のように、本実施例の駆動電源回路１４において、補助電源回路１３のコンデンサＣ２は、電圧値２Ｖｉｎに充電される。そして、かかる電圧値２Ｖｉｎの電圧が、ドライバＩＣ１１を介してローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートに印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の第１駆動電圧ＶＬは、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値となる。

また、補助電源回路１３のコンデンサＣ３は、電圧値２Ｖｉｎに充電される。そして、かかる電圧値２Ｖｉｎの電圧が、ドライバＩＣ１１を介してハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートに印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の第２駆動電圧ＶＨは、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値となる。

従って、外部電源からの入力電圧が低い場合であっても、高い駆動電圧でハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を駆動することが可能となる。また、低電圧でハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を駆動することに伴う電力損失を低減することが可能となる。

図８は、実施例２における電源装置の構成を示す回路図である。以下、実施例１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

電圧出力回路２０は、起動用回路１２と補助電源回路２１とからなる駆動電源回路２３を有する。補助電源回路２１は、実施例１で示した補助電源回路１３の構成（ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３）に加えて、ツェナーダイオードＤ４と抵抗Ｒ１とからなる電圧制御回路２２を含む。

ツェナーダイオードＤ４は、カソードがコンデンサＣ２の一端、アノードがコンデンサＣ２の他端に夫々接続され、コンデンサＣ２と並列に接続されている。また、ツェナーダイオードＤ４は、抵抗Ｒ１を挟んでダイオードＤ２とは逆方向に接続されている。本実施例において、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚの電圧値（以下、単に電圧値Ｖｚと称する）は、Ｖｉｎよりも大きく、２Ｖｉｎよりも小さい（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）。電圧制御回路２２は、かかるツェナーダイオードＤ４の作用により、第１駆動電圧ＶＬ及び第２駆動電圧ＶＨの電圧値の制御を行う。

抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ２のカソードとツェナーダイオードＤ４及びコンデンサＣ２の接続端との間に挿入されている。すなわち、抵抗Ｒ１は、一端がダイオードＤ２のカソードに接続され、他端がダイオードＤ３のアノード、ツェナーダイオードＤ４のカソード及びコンデンサＣ２の一端に接続されている。

電圧制御回路２２は、かかるツェナーダイオードＤ４の作用により、第１駆動電圧ＶＬ及び第２駆動電圧ＶＨの電圧値を電圧値Ｖｚに制御する動作を行う。また、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＤ４との間に挿入された抵抗Ｒ１有することにより、ツェナーダイオードＤ４に流れる電流は制限され、過電流の流入が防止される。

次に、電圧制御回路２２を含む電圧出力回路２０におけるローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動に係る動作について、図９〜１３を参照して説明する。

図９は、電源装置の起動直後の動作状態、すなわち電圧出力回路２０に外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加された直後の状態における電流の流れを模式的に示す図である。外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加されると、図に矢印で示す電流経路によって電圧出力回路２０に電流が供給される。すなわち、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してドライバＩＣ１１に電流が供給され、電源端子ＶＤＤに入力電圧Ｖｉｎが印加される。これにより、ドライバＩＣ１１の電源がオン状態となる。

図１０は、図９に示した起動直後の動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンし、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電源電圧ラインＰＬを通って補助電源回路２１に供給された電流は、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給される。これにより、コンデンサＣ１は電圧値Ｖｉｎに充電される。

図１１は、図１０に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は、電源電圧ラインＰＬの電位である電圧値Ｖｉｎと等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ１からダイオードＤ２を経由する電流経路によって、コンデンサＣ２が充電される。

本実施例では、ツェナーダイオードＤ４がコンデンサＣ２に並列に接続されているため、コンデンサＣ２の充電電圧は、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚ以上とならない。すなわち、コンデンサＣ２がツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚまで充電された後は、ツェナーダイオードＤ４を経由する経路がコンデンサＣ１の放電経路となる。従って、コンデンサＣ２は、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、電圧値Ｖｚに充電される。

なお、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＤ４との間には抵抗Ｒ１が直列接続されているため、ツェナーダイオードＤ４に流れる電流は制限される。すなわち、抵抗Ｒ１は、ツェナーダイオードＤ４に対する過電流の流入を防止する機能を有する。

図１２は、図１１に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ２からダイオードＤ３を経由する電流経路によって、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３は、コンデンサＣ２の充電電圧である電圧値Ｖｚによって充電される。すなわち、コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値は、電圧値Ｖｚとなる。

また、コンデンサＣ２からドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤに向かう電流経路によって、ドライバＩＣ１１に電流が供給される。従って、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤには、電圧値Ｖｚの電圧が印加される。ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートには、ドライバＩＣ１１のローサイド駆動端子ＬＤＲＶを介して、電圧値Ｖｚが印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の駆動電圧である第１駆動電圧ＶＬは、電圧値Ｖｚとなる。

図１３は、コンデンサＣ３が電圧値Ｖｚに充電された後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電流はコンデンサＣ３からドライバＩＣ１１のブート端子ＢＯＯＴに入力され、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶから出力される。コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値はＶｚであるため、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートには、ゲートに電圧値Ｖｚが印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧である第２駆動電圧ＶＨは、電圧値Ｖｚとなる。

図１４は、図９〜１３に示した動作状態におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。図中、Ｔ０は起動直後の動作状態の期間（図９）であり、Ｔ１は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフの期間（図１０及び図１２）であり、Ｔ２はローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンの期間（図１１及び図１３）である。スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。

コンデンサＣ１は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｉｎとなる。

コンデンサＣ２は、上記の通り電圧値Ｖｚ（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）で充電される。従って、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ２の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｚとなる。よって、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、電圧値Ｖｚの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。

コンデンサＣ３は、上記の通り電圧値Ｖｚで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ３の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｚとなる。よって、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電圧値Ｖｚの第２駆動電圧ＶＨで駆動される。

このように、本実施例では、ツェナーダイオードＤ４を含む電圧制御回路２２により、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧は、電圧値Ｖｚ（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）に制御される。従って、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも電圧値が高く、入力電圧Ｖｉｎの２倍よりも電圧値が低い駆動電圧で、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動することができる。これにより、ＧａＮ−ＦＥＴ等のゲートソース間の耐圧が比較的小さいＦＥＴをローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることが可能となる。

また、本実施例の電圧制御回路２２を有する駆動電源回路２３によれば、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合にも、安定した駆動電圧でローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動することができる。図１５は、入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。

スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。本実施例では、入力電圧Ｖｉｎが不安定であるため、スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ２において不安定な値となる。

また、コンデンサＣ１の電位は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通じて不安定な電圧値となる。

これに対し、コンデンサＣ２及びＣ３は、上記の通り電圧制御回路２２の電圧制御作用により電圧値Ｖｚで充電されるため、安定した電圧値となる。従って、入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合であっても、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を、安定した駆動電圧（電圧値Ｖｚ）により駆動することができる。これにより、精度の高い駆動電圧を必要とするＦＥＴ等をローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることが可能となる。

以上、説明したように、本発明の駆動電源回路は、補助電源回路１３（２１）を含み、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値の駆動電圧（２Ｖｉｎ又はＶｚ）を生成する。従って、低電圧でスイッチ素子を駆動することに起因する電力損失の低減を図ることが可能となる。

また、さらに電圧制御回路２２を設けることにより、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートソース間の耐圧を超えない電圧値を有し且つ安定した駆動電圧を生成することが可能となる。

なお、本発明の実施形態は、上記実施例に記載したものに限られない。例えば、図１６に示すように、補助電源回路３１は、第１のダイオードであるダイオードＤ１と、第２のダイオードであるダイオードＤ２と、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１と、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２と、から構成されるものであってもよい。コンデンサＣ２の充電電圧は電圧値２Ｖｉｎとなり、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は電圧値２Ｖｉｎの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。この構成によれば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のうち、ローサイドスイッチ素子のみが高い駆動電圧（第１駆動電圧ＶＬ）を必要とするような場合に、実施例１と比べてより簡易な構成で電圧値の高い第１駆動電圧ＶＬを生成することができる。

また、図１７に示すように、補助電源回路４１は、第１のダイオードであるダイオードＤ１と、第２のダイオードであるダイオードＤ２と、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１と、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ１及びツェナーダイオードＤ４を含む電圧制御回路２２と、から構成されるものであってもよい。コンデンサＣ２の充電電圧は電圧値Ｖｚとなり、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は電圧値Ｖｚの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。この構成によれば、例えば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のうち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のみがＧａＮ−ＦＥＴ等のゲートソース間耐圧が比較的小さい素子であるような場合に、実施例２と比べてより簡易な構成で、第１駆動電圧ＶＬの電圧値を制御することが可能となる。また、例えば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のみが精度の高い駆動電圧を必要とする素子であるような場合に、実施例２と比べてより簡易な構成で、安定した第１駆動電圧ＶＬを生成することが可能となる。

また、上記実施例では、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２としてＧａＮ−ＦＥＴを用いる例について説明したが、これに限られず、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の他のＦＥＴを用いてもよい。また、ＦＥＴに限られず、電圧によって駆動する他のスイッチ素子をローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることができる。

また、上記実施例では、電源装置が非絶縁型の降圧電源である場合を例として説明した。しかし、本発明の駆動電源回路は、非絶縁型の降圧電源に限らず、上記実施例におけるスイッチラインＳＬのように電位が切り替わるノードをもつ回路構成を有する他の電源にも適用することが可能である。

要するに、本発明の駆動電源回路は、外部電源（ＥＶ）からの入力電圧（Ｖｉｎ）に基づいて、外部電源（ＥＶ）の低電位電源出力端に接続されたローサイドスイッチ素子（Ｑ１）と外部電源（ＥＶ）の高電位電源出力端に接続されたハイサイドスイッチ素子との接続端に接続された出力ライン（ＳＬ）からスイッチング電圧（ＳＶ）を出力する電圧出力回路（１０）において、ローサイドスイッチ素子（Ｑ１）を駆動する第１駆動電圧（ＶＬ）とハイサイドスイッチ素子（Ｑ２）を駆動する第２駆動電圧（ＶＨ）とを生成する駆動電源回路（１４）であって、外部電源（ＥＶ）の高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオード（Ｄ１）と、一端が第１のダイオード（Ｄ１）のカソードに接続され、他端が出力ライン（ＳＬ）に接続された第１のコンデンサ（Ｃ１）と、アノードが第１のコンデンサ（Ｃ１）及び第１のダイオード（Ｄ１）の接続端に接続された第２のダイオード（Ｄ２）と、一端が第２のダイオード（Ｄ２）のカソードに接続され、他端が外部電源（ＥＶ）の低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサ（Ｃ２）と、を含む補助電源回路（１３）を有し、第２のコンデンサ（Ｃ２）の充電電圧に基づいて、入力電圧（Ｖｉｎ）よりも大なる電圧値を有する第１駆動電圧（ＶＬ）を生成する、ことを特徴とするものである。

１０ 電圧出力回路
１１ ドライバＩＣ
１２ 起動用回路
１３，２１ 補助電源回路
１４，２３ 駆動電源回路
２２ 電圧制御回路
ＳＣ 平滑化回路
Ｑ１ ローサイドスイッチ素子
Ｑ２ ハイサイドスイッチ素子
ＦＤ ＦＥＴドライバ
ＰＬ 電源電圧ライン
ＧＬ グランドライン
ＳＬ スイッチライン
Ｄ０〜Ｄ４ ダイオード
Ｄ５ ツェナーダイオード
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
ＲＡ，ＲＢ，Ｒ１ 抵抗
Ｌ１ インダクタ

Claims (6)

1. 外部電源からの入力電圧に基づいて、前記外部電源の低電位電源出力端に接続されたローサイドスイッチ素子と前記外部電源の高電位電源出力端に接続されたハイサイドスイッチ素子との接続端に接続された出力ラインからスイッチング電圧を出力する電圧出力回路において、前記ローサイドスイッチ素子を駆動する第１駆動電圧と前記ハイサイドスイッチ素子を駆動する第２駆動電圧とを生成する駆動電源回路であって、
   前記外部電源の前記高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオードと、
   一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第１のコンデンサと、
   アノードが前記第１のコンデンサ及び前記第１のダイオードの接続端に接続された第２のダイオードと、
   一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記外部電源の前記低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサと、
   を含む補助電源回路を有し、
   前記第２のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第１駆動電圧を生成する、
   ことを特徴とする駆動電源回路。
2. 前記補助電源回路は、
   アノードが前記第２のコンデンサの一端及び前記第２のダイオードのカソードに接続された第３のダイオードと、
   一端が前記第３のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第３のコンデンサと、
   を更に含み、
   前記第３のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第２駆動電圧を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動電源回路。
3. アノードが前記外部電源の前記高電位電源出力端に接続され、カソードが前記第２のコンデンサの一端に接続された起動用ダイオードを有し、前記入力電圧の印加に応じて、前記第２のコンデンサの充電を開始する起動用回路を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動電源回路。
4. 前記補助電源回路は、
   カソードが前記第２のコンデンサの一端に接続され、アノードが前記第２のコンデンサの他端に接続されたツェナーダイオードからなる電圧制御回路を更に含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の駆動電源回路。
5. 前記電圧制御回路は、前記第２のダイオードのカソードと前記ツェナーダイオード及び前記第２のコンデンサの接続端との間に挿入された抵抗を含むことを特徴とする請求項４に記載の駆動電源回路。
6. 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の電圧値は、前記入力電圧の電圧値よりも大きく、前記入力電圧の電圧値の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載の駆動電源回路。