JP4240964B2 - 直流変換回路、及び直流変換回路の休止モードの設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流チョッパ回路等、半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御することにより直流変換を行う直流変換回路の内、休止モード付きの直流変換回路、及び当該直流変換回路の休止モードの設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御することにより直流変換を行う電源回路、例えば、直流チョッパ回路の中には、給電を行うＣＰＵの動作モードが低消費電流状態（回路内を低い電流しか流れていない状態）に切り換った場合に、休止モードを設定するものが知られている。上記休止モードとは、チョップ部である半導体スイッチを常時オン状態に切り換えて出力電圧を高くし、これによって電源回路内における半導体スイッチのオン／オフ制御部を停止させて当該制御部における電流の消費量を削減する動作モードのことをいう。
【０００３】
図６は、休止モード付きの直流変換回路Ｃ３を示す図である。直流変換回路Ｃ３は、直流チョッパ回路１００、当該直流チョッパ回路１００を通常の動作モードから休止モードに切り換えるドライブ回路２００、及び当該直流チョッパ回路１００を構成する各回路素子に過電流が流れるのを防止する電流制限回路３００で成る。
【０００４】
直流チョッパ回路１００は、ソースに電源電圧ＶDDBの印加されているＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチ１、当該半導体スイッチ１のドレインに接続されるダイオード２、リアクタンス３、電圧出力用のコンデンサ４、及び出力電圧Ｖｏｕｔの値が一定値になるように半導体スイッチ１のオン時間及びオフ時間を制御するＰＷＭ（パルス幅変調）クロック信号の発生回路（以下、クロック発生回路と記す）５で構成される。クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間には、以下に説明する構成のドライブ回路２００が介在する。
【０００５】
図示する構成のドライブ回路２００は、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルの時、クロック発生回路５より入力されるＰＷＭクロック信号に応じてｐＭＯＳ２０５及びｎＭＯＳ２１０を交互にオンして、Ａ点から出力される信号ＰＨＳの電位を交互にＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルに切り換える。この際、ドライブ回路２００は、必ず両方のトランジスタ２０５及び２１０がオフの状態を経てから一方をオンに切り換える。直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートには、ドライブ回路２００のＡ点より出力される信号ＰＨＳが印加される。
【０００６】
また、ドライブ回路２００は、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時、クロック発生回路５の出力するクロック信号の状態によらず、ｐＭＯＳ２０５にＨｉｇｈレベルの信号を出力し、ｎＭＯＳ２１０にＬｏｗレベルの信号を出力する。これにより、上述した直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１を常時オフの状態にする。これに応じて電流制限回路３００が動作を開始するが、上述したように、半導体スイッチとして低消費電流型、換言すれば、応答速度の低いものを採用するため、過電流の発生を阻止することができない。なお、図示する構成のドライブ回路２００が上述するように動作することは当業者に容易に理解できるため、これ以上の詳細な説明は省く。
【０００７】
電流制限回路３００は、半導体スイッチ１のドレイン電流を検出し、検出した値と所定の基準値とを比較する比較部と、上記ドレイン電流が上記所定の基準値を超えた時の比較部の出力に基づいて半導体スイッチ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を出力してドライブ回路２００の出力する信号によらず当該半導体スイッチ１をオフに切り換え、その後上記ドレイン電流が所定値以下になった場合には半導体スイッチのゲートにＬｏｗレベルの信号を出力して半導体スイッチ１を再びドライブ回路２００によりオン／オフ制御可能にするスイッチ部とで構成される。なお、非常用に設ける当該電流制限回路３００における消費電流量を少なくするため、上記スイッチ部を構成するトランジスタには、低消費電流型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチが用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の周知の直流変換回路Ｃ３では、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がＨｉｇｈレベルにある時、及び、Ｌｏｗレベルにある時の各々の時に、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換りドライブ回路２００のＡ点から出力される信号ＰＨＳがＨｉｇｈレベルに切り換えられる場合がある。
【０００９】
図７の（ａ）は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオンの状態にある時に休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、電圧（Ｖ）及び電流（Ａ）を表す。横軸は時間（μＳ）を示し、休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時を０μＳとする。
【００１０】
既にオン状態にある半導体スイッチ１の抵抗値は低く、かつ、インダクタ３の直流抵抗値も非常に低いため、上記半導体スイッチ１をクロック信号によらず常時オンの状態に切り換えた場合、出力コンデンサ４に過電流が流れ込むことになる。図示するように、半導体スイッチ１に流れ込む電流は時間と共に急増し、約２０μＳ後に最大で２Ａに達する。上述したように、ドレイン電流が基準値を越えると電流制限回路３００が電圧値ＰＨＳを増加して半導体スイッチ１をオフするように働く。しかし、上述したように電流制限回路３００では、平常時の消費電流を低減するために低消費電力型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチを用いるため、応答速度が遅く、図示するように過電流の発生を阻止できない。
【００１１】
図７の（ｂ）は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフの状態にある時に休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。完全にオフの状態にある半導体スイッチ１をオンの状態に切り換えるには、所定の時間（例えば５０μＳ）を要する。通常、これだけの時間があれば、スイッチング速度の遅い低消費電流型の半導体スイッチを用いる電流制限回路３００であっても過電流を生じることなく応答することができる。また、電流制限回路３００に当該時間内に応答可能なスイッチング速度の速い半導体スイッチを採用してもそれほどサイズが大きくなることはない。図７の（ｂ）からは、モード切り換え後、約８０μＳ経過後に半導体スイッチ１のドレイン電流が増加し始め、約１００μＳ経過付近で電流制限回路３００が作動して過電流の発生が抑制されているのが解る。
【００１２】
以上に説明するように、休止モードの設定を直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオンの状態の時に行うと、電流制限回路３００の始動が遅れ、瞬間的に過電流が流れる。このような過電流の発生を抑えるには、ドライブ能力の高い、即ち、高速応答可能な半導体スイッチを用いた過電流制限回路を用意すれば良いのだが、消費電流量が増加するだけでなくコスト高にもなる。
【００１３】
そこで、本発明は、回路規模の増大を抑えつつ、上述した過電流の発生を抑える休止モード付きの直流変換回路及び当該回路の休止モード設定方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の直流変換回路は、クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)であって、電流制限回路（３００）と、ドライブ回路（２５０、２８０）と、を含んでおり、上記電流制限回路が、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでおり、上記ドライブ回路が、休止モード設定信号の入力に応じて上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させるものであって、クロック発生回路と第１半導体スイッチのゲート電極との間に介在しており、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の直流変換回路は、請求項１に記載の直流変換回路であって、上記ドライブ回路が、第１半導体スイッチがオフの状態であることを検出する信号同期回路（２４０）を含んでおり、休止モード設定信号が入力されており、且つ、信号同期回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
請求項３に記載の直流変換回路は、請求項２に記載の直流変換回路であって、上記信号同期回路が、第１半導体スイッチをオフの状態にする信号に基づいて切り換わる信号をクロック信号として用い、休止モード設定信号の入力を受け付けるフリップフロップ回路（２４２、２４３）を含んでおり、上記フリップフロップ回路が、休止モード設定信号が入力されており、且つ、検出回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える信号を出力するものである、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の直流変換回路は、請求項１に記載の直流変換回路であって、上記ドライブ回路が、オフ信号生成回路（２６０）を含んでおり、上記オフ信号生成回路が、第１切換回路と、第２切換回路と、を含んでおり、上記第１切換回路が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものであり、上記第２切換回路が、上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
請求項５に記載の直流変換回路は、請求項４に記載の直流変換回路であって、上記第１切換回路が、休止モード設定信号と、上記予め定めた期間だけ遅延させる遅延回路（２６３、２６４、２６５、２６６、２６８）によって遅延された休止モード設定信号と、が入力される２入力１出力ＡＮＤゲート（２６７）を用いて予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものでおり、上記第２切換回路が、休止モード設定信号に基づいてクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンに切り換える信号を上記予め決めた期間内に出力するための遅延回路（２６４、２６５）を含んでいるものである、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）と、電流制限回路であって、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでいる電流制限回路（３００）と、を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)の休止モード設定方法であって、休止モード設定信号の入力に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極に印加する信号を制御することによって上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させる工程であって、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるドライブ工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法であって、上記ドライブ工程が、休止モード設定信号が入力されている状態で、第１半導体スイッチのオフの状態への切り換わりを検出し、オフの状態の検出時にクロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法であって、上記ドライブ工程が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換える第１切換工程と、上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える第２切換工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（１）実施の形態１
以下、図１を参照しつつ、実施の形態１に係る休止モード付きの直流変換回路Ｃ１について説明する。なお、図２は、直流変換回路Ｃ１内の各信号のタイムチャートである。従来技術の欄で図６を用いて説明した直流変換回路Ｃ３の構成物と同じ構成物には同じ参照番号を付して表す。直流変換回路Ｃ１は、直流チョッパ回路１００、ドライブ回路２５０及び電流制限回路３００で構成される。
【００２１】
直流チョッパ回路１００は、ソースに電源電圧ＶDDBの印加されているＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチ１、当該半導体スイッチ１のドレインに接続されるダイオード２、リアクタンス３、電圧出力用のコンデンサ４、及び出力電圧Ｖｏｕｔの値が一定値になるように半導体スイッチ１のオン時間及びオフ時間を制御するＰＷＭ（パルス幅変調）クロック信号の発生回路（以下、クロック発生回路と記す）５で構成される。クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間には、以下に説明する構成のドライブ回路２５０が介在する。
【００２２】
電流制限回路３００は、半導体スイッチ１のドレイン電流を検出し、検出した値と所定の基準値とを比較する比較部と、上記ドレイン電流が上記所定の基準値を超えた時の比較部の出力に基づいて半導体スイッチ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を出力してドライブ回路２００の出力する信号によらず当該半導体スイッチ１をオフすると共に、上記ドレイン電流が所定値以下になった場合には半導体スイッチのゲートにＬｏｗレベルの信号を出力して半導体スイッチ１を再びドライブ回路２００によりオン／オフ制御可能にするスイッチ部とで構成される。なお、非常用に設ける当該電流制限回路３００における消費電流量を少なくするため、上記スイッチ部を構成するトランジスタには、低消費電流型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチが用いられる。
【００２３】
ドライブ回路２５０は、互いの出力の反転信号であるＨＰ及びＨＮを入力の１つとする３入力ＮＯＲゲート２０１及び３入力ＮＡＮＤゲート２０６、ＮＯＲゲート２０１の出力を反転させると共に所定時間だけ遅延させる３つのインバータ２０２〜２０４、ＮＡＮＤゲート２０６の出力を反転させると共に所定時間だけ遅延させる３つのインバータ２０７〜２０９、ＮＯＲゲート２０１の反転信号ＨＰがゲートに印加されるＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ｐＭＯＳと記す）２０５、及び、ＮＡＮＤゲート２０６の反転信号ＨＮがゲートに印加されるＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ｎＭＯＳと記す）２１０、並びに、信号同期回路２４０で成る。
【００２４】
信号同期回路２４０は、２個のインバータ２４１，２４４と、２段のＤフリップフロップ（以下、Ｄ-ＦＦと記す）２４２，２４３で構成される。Ｄ-ＦＦ２４２，２４３のクロック入力端子には、上述したドライブ回路２５０の内部信号ＨＰがインバータ２４１により反転された状態で入力される。Ｄ-ＦＦ２４２，２４３のリセット端子には、ＨRSTB信号が入力される。このＨRSTB信号は、直流変換回路Ｃ１の初期化時にＨｉｇｈレベルに切り換えられる。
【００２５】
Ｄ-ＦＦ２４２のデータ入力端子Ｄには休止モード設定信号が入力され、Ｄ-ＦＦ２４３のデータ入力端子ＤにはＤ-ＦＦ２４２の出力Ｑが入力される。Ｄ-ＦＦ２４３の出力ＱはＳＬＰ信号として上記ドライブ回路２５０のＮＯＲゲート２０１の信号入力端子に入力される。また、Ｄ-ＦＦ２４３の出力Ｑをインバータ２４４で反転したＳＬＰＢ信号は、ＮＡＮＤゲート２０６の信号入力端子に入力される。
【００２６】
３入力ＮＯＲゲート２０１の残りの信号入力端子には、信号同期回路２４０から出力されるＳＬＰ信号及びクロック発生回路５から出力されるＰＷＭクロック信号が入力される。また、３入力ＮＡＮＤゲート２０６の残りの信号入力端子には、信号同期回路２４０から出力されるＳＬＰＢ信号（ＳＬＰ信号の反転信号）及びクロック発生回路５から出力されるＰＷＭクロック信号が入力される。また、ｐＭＯＳ２０５のソースにはＶDDBが印加され、ドレインはｎＭＯＳ２１０のドレインに接続されている。ｎＭＯＳ２１０のソースは接地されている。
【００２７】
休止モードの設定信号がＬｏｗレベルの時、信号同期回路２４０からは、ＬｏｗレベルのＳＬＰ信号及びＨｉｇｈレベルのＳＬＰＢ信号が出力される。この場合、ｐＭＯＳ２０５及びｎＭＯＳ２１０は、クロック発生回路５より入力されるＰＷＭクロック信号に応じてを交互にオンして、Ａ点から出力される信号ＰＨＳの電位を交互にＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルに切り換える。この際、必ず両方のトランジスタ２０５及び２１０がオフの状態を経てから一方をオンに切り換える。直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートには、ドライブ回路２５０のＡ点から出力される信号ＰＨＳが印加される。
【００２８】
他方、休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った場合、信号同期回路２４０は、クロック信号に応じて信号ＨＰがＬｏｗレベルに切り換り、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフになるのを待ってから、ＳＬＰ信号をＨｉｇｈレベルに切り換えると共に、ＳＬＰＢ信号をＬｏｗレベルに切り換える（図２のタイムチャートの区間▲８▼〜▲９▼を参照）。これにより、ＰＨＳ信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り換り、上記半導体スイッチ１をクロック信号によらず継続的にオンの状態に切り換る。この場合、クロック発生回路５は、半導体スイッチ１をオフに切り換えるため、Ｈｉｇｈレベルのクロック信号の出力を停止する。これにより、当該クロック発生回路５での電流の消費が削減される。
【００２９】
図３は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフ状態にある時に休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。完全にオフの状態にある半導体スイッチ１をオン状態に切り換えるには、所定の時間（例えば５０μＳ）を要する。通常、これだけの時間があれば、ドライブ能力の低い半導体スイッチを用いる電流制限回路３００であっても過電流を生じることなく応答することができる。また、電流制限回路３００に当該時間内に応答可能なドライブ能力の半導体スイッチを採用してもそれほどサイズが大きくなることはない。図３では、モード切り換え後、約８０μＳ経過後に半導体スイッチ１のドレイン電流が増加し始め、約１００μＳ経過付近で電流制限回路３００が作動して過電流の発生が抑制されているのが解る。
【００３０】
以上に説明するように、ドライブ回路２５０では、信号同期回路２４０の働きにより、休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った場合、直ちに直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１をオンに切り換えるのではなく、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がクロック信号に基づいてオフになるのを待ってから信号ＰＨＳの電位をＬｏｗレベルに切り換え、半導体スイッチ１をクロック信号によらず継続的にオンの状態に切り換える。これにより、半導体スイッチ１の強制的な開放に伴い過電流が生じるのを防止することができる。
【００３１】
なお、上記直流変換回路Ｃ１では、ドライブ回路２５０をクロック発生回路５との半導体スイッチ１のゲート間に介在させる構成を採用したが、クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートを直結し、より簡単なドライブ回路２００’を上記クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間に介在させることも考えられる。この場合、ドライブ回路２００’は、信号同期回路２４０だけで構成することができる。より具体的には、インバータ２４１に信号ＨＰを入力する換わりにクロック発生回路５の出力するクロック信号を入力し、Ｄ-ＦＦ２４３の出力するＳＬＰＢ信号を直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートに印加する。
【００３２】
（２）実施の形態２
図４は、実施の形態２に係る直流変換回路Ｃ２の回路図である。また、図５は、直流変換回路Ｃ２内の各信号のタイムチャートである。直流変換回路Ｃ２は、直流チョッパ回路１００、ドライブ回路２８０及び電流制限回路３００で構成される。実施の形態１の直流変換回路Ｃ１と同じ構成物には同じ参照番号を付し、ここでの重複した説明は省く。
【００３３】
ドライブ回路２８０は、上記実施の形態１に係る直流変換回路Ｃ１のドライブ回路２５０のインバータ２０２及び２０７をＮＯＲゲート２８１，２８１に置き換えると共に、信号同期回路２４０の換わりにオフ信号生成回路２６０を備える。上記構成のドライブ回路２８０は、後に説明するＨｉｇｈレベルのＩＤＥＴ信号入力時に信号ＰＨＳの電位を強制的にＨｉｇｈレベルに切り換えて半導体スイッチ１をオフに切り換えた後に、信号ＰＨＳの電位をＬｏｗレベルに切り換え、半導体スイッチ１をクロック信号によらずに継続的にオンの状態にする（図５のタイムチャートの区間▲７▼を参照）。これにより迅速なモード切り換えを可能にすると共に、半導体スイッチがオンの時に引き続きクロック信号によらず継続的にオンの状態にする場合に生じる過電流の発生を防止することができる。
【００３４】
以下、ドライブ回路２８０の備えるオフ信号生成回路２６０の構成及び動作について説明する。オフ信号生成回路２６０は、６個のインバータ２６１〜２６６、２入力ＡＮＤゲート２６７、配線容量を表すキャパシタ２６８で構成される。インバータ２６１の出力端子は、インバータ２６２を介して２入力ＡＮＤゲート２６７の一方の信号入力端子に接続されると共に、インバータ２６３〜２６６を介して他方の信号入力端子に接続される。インバータ２６４の出力は、ＳＬＰＢ信号としてドライブ回路２８０の３入力ＮＯＲゲート２０１の１つの信号入力端子に入力される。インバータ２６５の出力は、ＳＬＰ信号としてドライブ回路２８０の３入力ＮＡＮＤゲート２０６の１つの信号入力端子に入力される。ＡＮＤゲート２６７は、Ｈｉｇｈレベルの休止モード設定信号の入力に応じて、インバータ３個分の遅延時間の間だけＨｉｇｈレベルのＩＤＥＴ信号を出力する。そして、ＩＤＥＴ信号がＨｉｇｈレベルの間に、ＨｉｇｈレベルのＳＬＰ信号がドライブ回路２８０に出力される。
【００３５】
上記オフ信号生成回路５００の働きにより、休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った場合には、信号ＰＨＳの電位を直ちにＨｉｇｈレベルに切り換えて強制的に直流チョッパ回路１００の半導体スイッチをオフにした後、クロック信号によらず半導体スイッチ１を継続的にオンの状態に切り換える。これにより、図３に示したように、半導体スイッチ１を常時オンの状態に切り換える際に過電流が発生するのを防止することができる。また、出力電位Ｖｏｕｔの値が上昇することで、結果的にクロック発生回路５の動作が停止し、当該クロック発生回路５における消費電流を削減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載の直流変換回路と請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック信号によらず常時オンの状態に切り換える。これにより、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【００３７】
請求項２、３に記載の直流変換回路と請求項７に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、クロック信号に応じてオン／オフを繰り返す半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック信号によらず常時オンの状態に切り換える。これにより、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【００３８】
請求項４、５に記載の直流変換回路と請求項８に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、クロック信号に応じてオン／オフを繰り返す半導体スイッチを強制的にオフの状態に切り換えた後に、常時オンの状態に切り換える。これにより、迅速な休止モードの設定が実現されると共に、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る休止モードつきの直流変換回路を示す図である。
【図２】 直流変換回路内の各信号の経時変化を表す図である。
【図３】 休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図である。
【図４】 実施の形態２に係る休止モードつきの直流変換回路を示す図である。
【図５】 直流変換回路内の各信号の経時変化を表す図である。
【図６】 従来の休止モード付きの直流変換回路を示す図である。
【図７】 （ａ）は、半導体スイッチがオンの時における休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図であり、（ｂ）は、半導体スイッチがオフの時に終える休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図である。
【符号の説明】
１ 半導体スイッチ、５ ＰＷＭクロック発生回路、 １００ 直流チョッパ回路、２００，２５０，２８０ ドライブ回路、２４０ 信号同期回路、３００ 電流制限回路、Ｃ１，Ｃ２ 直流変換回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流チョッパ回路等、半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御することにより直流変換を行う直流変換回路の内、休止モード付きの直流変換回路、及び当該直流変換回路の休止モードの設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御することにより直流変換を行う電源回路、例えば、直流チョッパ回路の中には、給電を行うＣＰＵの動作モードが低消費電流状態（回路内を低い電流しか流れていない状態）に切り換った場合に、休止モードを設定するものが知られている。上記休止モードとは、チョップ部である半導体スイッチを常時オン状態に切り換えて出力電圧を高くし、これによって電源回路内における半導体スイッチのオン／オフ制御部を停止させて当該制御部における電流の消費量を削減する動作モードのことをいう。
【０００３】
図６は、休止モード付きの直流変換回路Ｃ３を示す図である。直流変換回路Ｃ３は、直流チョッパ回路１００、当該直流チョッパ回路１００を通常の動作モードから休止モードに切り換えるドライブ回路２００、及び当該直流チョッパ回路１００を構成する各回路素子に過電流が流れるのを防止する電流制限回路３００で成る。
【０００４】
直流チョッパ回路１００は、ソースに電源電圧ＶDDBの印加されているＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチ１、当該半導体スイッチ１のドレインに接続されるダイオード２、リアクタンス３、電圧出力用のコンデンサ４、及び出力電圧Ｖｏｕｔの値が一定値になるように半導体スイッチ１のオン時間及びオフ時間を制御するＰＷＭ（パルス幅変調）クロック信号の発生回路（以下、クロック発生回路と記す）５で構成される。クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間には、以下に説明する構成のドライブ回路２００が介在する。
【０００５】
図示する構成のドライブ回路２００は、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルの時、クロック発生回路５より入力されるＰＷＭクロック信号に応じてｐＭＯＳ２０５及びｎＭＯＳ２１０を交互にオンして、Ａ点から出力される信号ＰＨＳの電位を交互にＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルに切り換える。この際、ドライブ回路２００は、必ず両方のトランジスタ２０５及び２１０がオフの状態を経てから一方をオンに切り換える。直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートには、ドライブ回路２００のＡ点より出力される信号ＰＨＳが印加される。
【０００６】
また、ドライブ回路２００は、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時、クロック発生回路５の出力するクロック信号の状態によらず、ｐＭＯＳ２０５にＨｉｇｈレベルの信号を出力し、ｎＭＯＳ２１０にＬｏｗレベルの信号を出力する。これにより、上述した直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１を常時オフの状態にする。これに応じて電流制限回路３００が動作を開始するが、上述したように、半導体スイッチとして低消費電流型、換言すれば、応答速度の低いものを採用するため、過電流の発生を阻止することができない。なお、図示する構成のドライブ回路２００が上述するように動作することは当業者に容易に理解できるため、これ以上の詳細な説明は省く。
【０００７】
電流制限回路３００は、半導体スイッチ１のドレイン電流を検出し、検出した値と所定の基準値とを比較する比較部と、上記ドレイン電流が上記所定の基準値を超えた時の比較部の出力に基づいて半導体スイッチ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を出力してドライブ回路２００の出力する信号によらず当該半導体スイッチ１をオフに切り換え、その後上記ドレイン電流が所定値以下になった場合には半導体スイッチのゲートにＬｏｗレベルの信号を出力して半導体スイッチ１を再びドライブ回路２００によりオン／オフ制御可能にするスイッチ部とで構成される。なお、非常用に設ける当該電流制限回路３００における消費電流量を少なくするため、上記スイッチ部を構成するトランジスタには、低消費電流型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチが用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の周知の直流変換回路Ｃ３では、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がＨｉｇｈレベルにある時、及び、Ｌｏｗレベルにある時の各々の時に、休止モードの設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換りドライブ回路２００のＡ点から出力される信号ＰＨＳがＨｉｇｈレベルに切り換えられる場合がある。
【０００９】
図７の（ａ）は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオンの状態にある時に休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、電圧（Ｖ）及び電流（Ａ）を表す。横軸は時間（μＳ）を示し、休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時を０μＳとする。
【００１０】
既にオン状態にある半導体スイッチ１の抵抗値は低く、かつ、インダクタ３の直流抵抗値も非常に低いため、上記半導体スイッチ１をクロック信号によらず常時オンの状態に切り換えた場合、出力コンデンサ４に過電流が流れ込むことになる。図示するように、半導体スイッチ１に流れ込む電流は時間と共に急増し、約２０μＳ後に最大で２Ａに達する。上述したように、ドレイン電流が基準値を越えると電流制限回路３００が電圧値ＰＨＳを増加して半導体スイッチ１をオフするように働く。しかし、上述したように電流制限回路３００では、平常時の消費電流を低減するために低消費電力型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチを用いるため、応答速度が遅く、図示するように過電流の発生を阻止できない。
【００１１】
図７の（ｂ）は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフの状態にある時に休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。完全にオフの状態にある半導体スイッチ１をオンの状態に切り換えるには、所定の時間（例えば５０μＳ）を要する。通常、これだけの時間があれば、スイッチング速度の遅い低消費電流型の半導体スイッチを用いる電流制限回路３００であっても過電流を生じることなく応答することができる。また、電流制限回路３００に当該時間内に応答可能なスイッチング速度の速い半導体スイッチを採用してもそれほどサイズが大きくなることはない。図７の（ｂ）からは、モード切り換え後、約８０μＳ経過後に半導体スイッチ１のドレイン電流が増加し始め、約１００μＳ経過付近で電流制限回路３００が作動して過電流の発生が抑制されているのが解る。
【００１２】
以上に説明するように、休止モードの設定を直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオンの状態の時に行うと、電流制限回路３００の始動が遅れ、瞬間的に過電流が流れる。このような過電流の発生を抑えるには、ドライブ能力の高い、即ち、高速応答可能な半導体スイッチを用いた過電流制限回路を用意すれば良いのだが、消費電流量が増加するだけでなくコスト高にもなる。
【００１３】
そこで、本発明は、回路規模の増大を抑えつつ、上述した過電流の発生を抑える休止モード付きの直流変換回路及び当該回路の休止モード設定方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の直流変換回路は、クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)であって、電流制限回路（３００）と、ドライブ回路（２５０、２８０）と、を含んでおり、上記電流制限回路が、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでおり、上記ドライブ回路が、休止モード設定信号の入力に応じて上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させるものであって、クロック発生回路と第１半導体スイッチのゲート電極との間に介在しており、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の直流変換回路は、請求項１に記載の直流変換回路であって、上記ドライブ回路が、第１半導体スイッチがオフの状態であることを検出する信号同期回路（２４０）を含んでおり、休止モード設定信号が入力されており、且つ、信号同期回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
請求項３に記載の直流変換回路は、請求項２に記載の直流変換回路であって、上記信号同期回路が、第１半導体スイッチをオフの状態にする信号に基づいて切り換わる信号をクロック信号として用い、休止モード設定信号の入力を受け付けるフリップフロップ回路（２４２、２４３）を含んでおり、上記フリップフロップ回路が、休止モード設定信号が入力されており、且つ、検出回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える信号を出力するものである、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の直流変換回路は、請求項１に記載の直流変換回路であって、上記ドライブ回路が、オフ信号生成回路（２６０）を含んでおり、上記オフ信号生成回路が、第１切換回路と、第２切換回路と、を含んでおり、上記第１切換回路が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものであり、上記第２切換回路が、上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
請求項５に記載の直流変換回路は、請求項４に記載の直流変換回路であって、上記第１切換回路が、休止モード設定信号と、上記予め定めた期間だけ遅延させる遅延回路（２６３、２６４、２６５、２６６、２６８）によって遅延された休止モード設定信号と、が入力される２入力１出力ＡＮＤゲート（２６７）を用いて予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものでおり、上記第２切換回路が、休止モード設定信号に基づいてクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンに切り換える信号を上記予め決めた期間内に出力するための遅延回路（２６４、２６５）を含んでいるものである、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）と、電流制限回路であって、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでいる電流制限回路（３００）と、を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)の休止モード設定方法であって、休止モード設定信号の入力に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極に印加する信号を制御することによって上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させる工程であって、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるドライブ工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法であって、上記ドライブ工程が、休止モード設定信号が入力されている状態で、第１半導体スイッチのオフの状態への切り換わりを検出し、オフの状態の検出時にクロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の直流変換回路の休止モード設定方法は、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法であって、上記ドライブ工程が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換える第１切換工程と、上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える第２切換工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（１）実施の形態１
以下、図１を参照しつつ、実施の形態１に係る休止モード付きの直流変換回路Ｃ１について説明する。なお、図２は、直流変換回路Ｃ１内の各信号のタイムチャートである。従来技術の欄で図６を用いて説明した直流変換回路Ｃ３の構成物と同じ構成物には同じ参照番号を付して表す。直流変換回路Ｃ１は、直流チョッパ回路１００、ドライブ回路２５０及び電流制限回路３００で構成される。
【００２１】
直流チョッパ回路１００は、ソースに電源電圧ＶDDBの印加されているＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチ１、当該半導体スイッチ１のドレインに接続されるダイオード２、リアクタンス３、電圧出力用のコンデンサ４、及び出力電圧Ｖｏｕｔの値が一定値になるように半導体スイッチ１のオン時間及びオフ時間を制御するＰＷＭ（パルス幅変調）クロック信号の発生回路（以下、クロック発生回路と記す）５で構成される。クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間には、以下に説明する構成のドライブ回路２５０が介在する。
【００２２】
電流制限回路３００は、半導体スイッチ１のドレイン電流を検出し、検出した値と所定の基準値とを比較する比較部と、上記ドレイン電流が上記所定の基準値を超えた時の比較部の出力に基づいて半導体スイッチ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を出力してドライブ回路２００の出力する信号によらず当該半導体スイッチ１をオフすると共に、上記ドレイン電流が所定値以下になった場合には半導体スイッチのゲートにＬｏｗレベルの信号を出力して半導体スイッチ１を再びドライブ回路２００によりオン／オフ制御可能にするスイッチ部とで構成される。なお、非常用に設ける当該電流制限回路３００における消費電流量を少なくするため、上記スイッチ部を構成するトランジスタには、低消費電流型、換言すればスイッチング速度の遅い半導体スイッチが用いられる。
【００２３】
ドライブ回路２５０は、互いの出力の反転信号であるＨＰ及びＨＮを入力の１つとする３入力ＮＯＲゲート２０１及び３入力ＮＡＮＤゲート２０６、ＮＯＲゲート２０１の出力を反転させると共に所定時間だけ遅延させる３つのインバータ２０２〜２０４、ＮＡＮＤゲート２０６の出力を反転させると共に所定時間だけ遅延させる３つのインバータ２０７〜２０９、ＮＯＲゲート２０１の反転信号ＨＰがゲートに印加されるＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ｐＭＯＳと記す）２０５、及び、ＮＡＮＤゲート２０６の反転信号ＨＮがゲートに印加されるＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ｎＭＯＳと記す）２１０、並びに、信号同期回路２４０で成る。
【００２４】
信号同期回路２４０は、２個のインバータ２４１，２４４と、２段のＤフリップフロップ（以下、Ｄ-ＦＦと記す）２４２，２４３で構成される。Ｄ-ＦＦ２４２，２４３のクロック入力端子には、上述したドライブ回路２５０の内部信号ＨＰがインバータ２４１により反転された状態で入力される。Ｄ-ＦＦ２４２，２４３のリセット端子には、ＨRSTB信号が入力される。このＨRSTB信号は、直流変換回路Ｃ１の初期化時にＨｉｇｈレベルに切り換えられる。
【００２５】
Ｄ-ＦＦ２４２のデータ入力端子Ｄには休止モード設定信号が入力され、Ｄ-ＦＦ２４３のデータ入力端子ＤにはＤ-ＦＦ２４２の出力Ｑが入力される。Ｄ-ＦＦ２４３の出力ＱはＳＬＰ信号として上記ドライブ回路２５０のＮＯＲゲート２０１の信号入力端子に入力される。また、Ｄ-ＦＦ２４３の出力Ｑをインバータ２４４で反転したＳＬＰＢ信号は、ＮＡＮＤゲート２０６の信号入力端子に入力される。
【００２６】
３入力ＮＯＲゲート２０１の残りの信号入力端子には、信号同期回路２４０から出力されるＳＬＰ信号及びクロック発生回路５から出力されるＰＷＭクロック信号が入力される。また、３入力ＮＡＮＤゲート２０６の残りの信号入力端子には、信号同期回路２４０から出力されるＳＬＰＢ信号（ＳＬＰ信号の反転信号）及びクロック発生回路５から出力されるＰＷＭクロック信号が入力される。また、ｐＭＯＳ２０５のソースにはＶDDBが印加され、ドレインはｎＭＯＳ２１０のドレインに接続されている。ｎＭＯＳ２１０のソースは接地されている。
【００２７】
休止モードの設定信号がＬｏｗレベルの時、信号同期回路２４０からは、ＬｏｗレベルのＳＬＰ信号及びＨｉｇｈレベルのＳＬＰＢ信号が出力される。この場合、ｐＭＯＳ２０５及びｎＭＯＳ２１０は、クロック発生回路５より入力されるＰＷＭクロック信号に応じてを交互にオンして、Ａ点から出力される信号ＰＨＳの電位を交互にＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルに切り換える。この際、必ず両方のトランジスタ２０５及び２１０がオフの状態を経てから一方をオンに切り換える。直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートには、ドライブ回路２５０のＡ点から出力される信号ＰＨＳが印加される。
【００２８】
他方、休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った場合、信号同期回路２４０は、クロック信号に応じて信号ＨＰがＬｏｗレベルに切り換り、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフになるのを待ってから、ＳＬＰ信号をＨｉｇｈレベルに切り換えると共に、ＳＬＰＢ信号をＬｏｗレベルに切り換える（図２のタイムチャートの区間▲８▼〜▲９▼を参照）。これにより、ＰＨＳ信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り換り、上記半導体スイッチ１をクロック信号によらず継続的にオンの状態に切り換る。この場合、クロック発生回路５は、半導体スイッチ１をオフに切り換えるため、Ｈｉｇｈレベルのクロック信号の出力を停止する。これにより、当該クロック発生回路５での電流の消費が削減される。
【００２９】
図３は、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がオフ状態にある時に休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った時の出力電圧Ｖｏｕｔ、ドレイン電流、及び半導体スイッチ１のゲートに印加される電圧値ＰＨＳの状態変化を示すグラフである。完全にオフの状態にある半導体スイッチ１をオン状態に切り換えるには、所定の時間（例えば５０μＳ）を要する。通常、これだけの時間があれば、ドライブ能力の低い半導体スイッチを用いる電流制限回路３００であっても過電流を生じることなく応答することができる。また、電流制限回路３００に当該時間内に応答可能なドライブ能力の半導体スイッチを採用してもそれほどサイズが大きくなることはない。図３では、モード切り換え後、約８０μＳ経過後に半導体スイッチ１のドレイン電流が増加し始め、約１００μＳ経過付近で電流制限回路３００が作動して過電流の発生が抑制されているのが解る。
【００３０】
以上に説明するように、ドライブ回路２５０では、信号同期回路２４０の働きにより、休止モード設定信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換った場合、直ちに直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１をオンに切り換えるのではなく、直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１がクロック信号に基づいてオフになるのを待ってから信号ＰＨＳの電位をＬｏｗレベルに切り換え、半導体スイッチ１をクロック信号によらず継続的にオンの状態に切り換える。これにより、半導体スイッチ１の強制的な開放に伴い過電流が生じるのを防止することができる。
【００３１】
なお、上記直流変換回路Ｃ１では、ドライブ回路２５０をクロック発生回路５との半導体スイッチ１のゲート間に介在させる構成を採用したが、クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートを直結し、より簡単なドライブ回路２００’を上記クロック発生回路５と半導体スイッチ１のゲートの間に介在させることも考えられる。この場合、ドライブ回路２００’は、信号同期回路２４０だけで構成することができる。より具体的には、インバータ２４１に信号ＨＰを入力する換わりにクロック発生回路５の出力するクロック信号を入力し、Ｄ-ＦＦ２４３の出力するＳＬＰＢ信号を直流チョッパ回路１００の半導体スイッチ１のゲートに印加する。
【００３２】
（２）実施の形態２
図４は、実施の形態２に係る直流変換回路Ｃ２の回路図である。また、図５は、直流変換回路Ｃ２内の各信号のタイムチャートである。直流変換回路Ｃ２は、直流チョッパ回路１００、ドライブ回路２８０及び電流制限回路３００で構成される。実施の形態１の直流変換回路Ｃ１と同じ構成物には同じ参照番号を付し、ここでの重複した説明は省く。
【００３３】
ドライブ回路２８０は、上記実施の形態１に係る直流変換回路Ｃ１のドライブ回路２５０のインバータ２０２及び２０７をＮＯＲゲート２８１，２８１に置き換えると共に、信号同期回路２４０の換わりにオフ信号生成回路２６０を備える。上記構成のドライブ回路２８０は、後に説明するＨｉｇｈレベルのＩＤＥＴ信号入力時に信号ＰＨＳの電位を強制的にＨｉｇｈレベルに切り換えて半導体スイッチ１をオフに切り換えた後に、信号ＰＨＳの電位をＬｏｗレベルに切り換え、半導体スイッチ１をクロック信号によらずに継続的にオンの状態にする（図５のタイムチャートの区間▲７▼を参照）。これにより迅速なモード切り換えを可能にすると共に、半導体スイッチがオンの時に引き続きクロック信号によらず継続的にオンの状態にする場合に生じる過電流の発生を防止することができる。
【００３４】
以下、ドライブ回路２８０の備えるオフ信号生成回路２６０の構成及び動作について説明する。オフ信号生成回路２６０は、６個のインバータ２６１〜２６６、２入力ＡＮＤゲート２６７、配線容量を表すキャパシタ２６８で構成される。インバータ２６１の出力端子は、インバータ２６２を介して２入力ＡＮＤゲート２６７の一方の信号入力端子に接続されると共に、インバータ２６３〜２６６を介して他方の信号入力端子に接続される。インバータ２６４の出力は、ＳＬＰＢ信号としてドライブ回路２８０の３入力ＮＯＲゲート２０１の１つの信号入力端子に入力される。インバータ２６５の出力は、ＳＬＰ信号としてドライブ回路２８０の３入力ＮＡＮＤゲート２０６の１つの信号入力端子に入力される。ＡＮＤゲート２６７は、Ｈｉｇｈレベルの休止モード設定信号の入力に応じて、インバータ３個分の遅延時間の間だけＨｉｇｈレベルのＩＤＥＴ信号を出力する。そして、ＩＤＥＴ信号がＨｉｇｈレベルの間に、ＨｉｇｈレベルのＳＬＰ信号がドライブ回路２８０に出力される。
【００３５】
上記オフ信号生成回路５００の働きにより、休止モード設定信号がＨｉｇｈレベルに切り換った場合には、信号ＰＨＳの電位を直ちにＨｉｇｈレベルに切り換えて強制的に直流チョッパ回路１００の半導体スイッチをオフにした後、クロック信号によらず半導体スイッチ１を継続的にオンの状態に切り換える。これにより、図３に示したように、半導体スイッチ１を常時オンの状態に切り換える際に過電流が発生するのを防止することができる。また、出力電位Ｖｏｕｔの値が上昇することで、結果的にクロック発生回路５の動作が停止し、当該クロック発生回路５における消費電流を削減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載の直流変換回路と請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック信号によらず常時オンの状態に切り換える。これにより、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【００３７】
請求項２、３に記載の直流変換回路と請求項７に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、クロック信号に応じてオン／オフを繰り返す半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック信号によらず常時オンの状態に切り換える。これにより、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【００３８】
請求項４、５に記載の直流変換回路と請求項８に記載の直流変換回路の休止モード設定方法とは、休止モードの設定要求に応じて、クロック信号に応じてオン／オフを繰り返す半導体スイッチを強制的にオフの状態に切り換えた後に、常時オンの状態に切り換える。これにより、迅速な休止モードの設定が実現されると共に、休止モードの設定として半導体スイッチを常時オンの状態に切り換える際に過電流が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る休止モードつきの直流変換回路を示す図である。
【図２】 直流変換回路内の各信号の経時変化を表す図である。
【図３】 休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図である。
【図４】 実施の形態２に係る休止モードつきの直流変換回路を示す図である。
【図５】 直流変換回路内の各信号の経時変化を表す図である。
【図６】 従来の休止モード付きの直流変換回路を示す図である。
【図７】 （ａ）は、半導体スイッチがオンの時における休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図であり、（ｂ）は、半導体スイッチがオフの時に終える休止モード設定時の内部信号の経時変化を表す図である。
【符号の説明】
１ 半導体スイッチ、５ ＰＷＭクロック発生回路、 １００ 直流チョッパ回路、２００，２５０，２８０ ドライブ回路、２４０ 信号同期回路、３００ 電流制限回路、Ｃ１，Ｃ２ 直流変換回路。
Claims (8)
- クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)であって、
電流制限回路（３００）と、ドライブ回路（２５０、２８０）と、を含んでおり、
上記電流制限回路が、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでおり、
上記ドライブ回路が、休止モード設定信号の入力に応じて上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させるものであって、クロック発生回路と第１半導体スイッチのゲート電極との間に介在しており、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、ことを特徴とする直流変換回路。 - 上記ドライブ回路が、第１半導体スイッチがオフの状態であることを検出する信号同期回路（２４０）を含んでおり、休止モード設定信号が入力されており、且つ、信号同期回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、請求項１に記載の直流変換回路。
- 上記信号同期回路が、第１半導体スイッチをオフの状態にする信号に基づいて切り換わる信号をクロック信号として用い、休止モード設定信号の入力を受け付けるフリップフロップ回路（２４２、２４３）を含んでおり、
上記フリップフロップ回路が、休止モード設定信号が入力されており、且つ、検出回路によってオフの状態が検出された時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える信号を出力するものである、請求項２に記載の直流変換回路。 - 上記ドライブ回路が、オフ信号生成回路（２６０）を含んでおり、
上記オフ信号生成回路が、第１切換回路と、第２切換回路と、を含んでおり、
上記第１切換回路が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものであり、
上記第２切換回路が、上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、請求項１に記載の直流変換回路。 - 上記第１切換回路が、休止モード設定信号と、上記予め定めた期間だけ遅延させる遅延回路（２６３、２６４、２６５、２６６、２６８）によって遅延された休止モード設定信号と、が入力される２入力１出力ＡＮＤゲート（２６７）を用いて予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換えるものでおり、
上記第２切換回路が、休止モード設定信号に基づいてクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンに切り換える信号を上記予め決めた期間内に出力するための遅延回路（２６４、２６５）を含んでいるものである、請求項４に記載の直流変換回路。 - クロック発生回路（５）が出力するクロック信号のゲート電極への入力に応じてオンとオフとを繰り返すｐＭＯＳ半導体スイッチであって、ソース電極に電源電圧ＶＤＤＢが印加されている第１半導体スイッチ（１）を用いて直流変換を行う直流チョッパ回路（１００）と、電流制限回路であって、第１半導体スイッチのドレイン電流が基準値を超えた場合に受け取る、上記ドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極にＨｉｇｈレベルの信号を出力してオフに切り換え、その後ドレイン電流が基準値以下となった場合に受け取る、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、上記Ｈｉｇｈレベルの信号の出力を停止するスイッチ部であって、第１半導体スイッチがオンの状態の時に、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有していないが、第１半導体スイッチが完全にオフの状態からオンの状態に切り換わるまでの間に、第１半導体スイッチのドレイン電流と基準値との比較結果信号に応じて、ドレイン電極に生じた過電流が該ドレイン電極に接続されている回路素子へと流入することを防止し得るスイッチング速度を有している第２半導体スイッチを用いるスイッチ部を含んでいる電流制限回路（３００）と、を含んでいる直流変換回路（Ｃ１、Ｃ２)の休止モード設定方法であって、
休止モード設定信号の入力に応じて、第１半導体スイッチのゲート電極に印加する信号を制御することによって上記第１半導体スイッチを常時オンの状態に切り換えて直流チョッパ回路の動作を停止させる工程であって、休止モード設定信号が入力されており、且つ、第１半導体スイッチがオフの状態の時に、クロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるドライブ工程を含む、ことを特徴とする直流変換回路の休止モード設定方法。 - 上記ドライブ工程が、休止モード設定信号が入力されている状態で、第１半導体スイッチのオフの状態への切り換わりを検出し、オフの状態の検出時にクロック発生回路の出力によらず、第１半導体スイッチをオンの状態に切り換えるものである、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法。
- 上記ドライブ工程が、休止モード設定信号の入力に応じて、クロック発生回路の出力によらず予め定めた期間だけ第１半導体スイッチをオフの状態に切り換える第１切換工程と、
上記予め定めた期間中にクロック発生回路の出力と第１切換回路とによらず第１半導体スイッチをオンの状態に切り換える第２切換工程とを含んでいる、請求項６に記載の直流変換回路の休止モード設定方法。
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