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公開番号2025176524
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-04
出願番号2024082739
出願日2024-05-21
発明の名称双方向DC/DCコンバータ、電源遮断保護回路および半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20251127BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡便な設計で適切な制御を実現できる双方向DC/DCコンバータを提供する。
【解決手段】双方向DC/DCコンバータ12,32は、ハイサイドスイッチ部122,322と、ローサイドスイッチ部124と、昇圧モードと降圧モードとで切り替え可能であり、昇圧モードにおいて双方向DC/DCコンバータが昇圧コンバータとして機能し、降圧モードにおいて双方向DC/DCコンバータが降圧コンバータとして機能するように、制御信号を生成してハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の動作を制御するコントローラと、を有する。ハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の少なくとも一方は、並列接続された複数の同型のスイッチング素子ML1～ML5,MH1～MH5を含む。コントローラは、昇圧モードまたは降圧モードにおいて、複数の同型のスイッチング素子を連動して動作させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
ハイサイドスイッチ部と、
ローサイドスイッチ部と、
昇圧モードと降圧モードとで切り替え可能であり、前記昇圧モードにおいて前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして機能し、前記降圧モードにおいて前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧コンバータとして機能するように、制御信号を生成して前記ハイサイドスイッチ部および前記ローサイドスイッチ部の動作を制御するコントローラと、を有し、
前記ハイサイドスイッチ部および前記ローサイドスイッチ部の少なくとも一方は、並列接続された複数の同型のスイッチング素子を含み、
前記コントローラは、前記昇圧モードまたは前記降圧モードにおいて、前記複数の同型のスイッチング素子を連動して動作させる、
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記ハイサイドスイッチ部は、ＭＯＳトランジスタで構成されたハイサイドトランジスタを含み、
前記ローサイドスイッチ部は、同型のＭＯＳトランジスタでそれぞれ構成され、並列接続された複数のローサイドトランジスタを含み、
前記コントローラは、前記昇圧モードにおいて、充電期間と放電期間とを交互に繰り返すことにより、負荷に接続された入出力ラインの電圧を昇圧してバックアップキャパシタを充電し、前記降圧モードにおいて、前記バックアップキャパシタの充電電圧を降圧して、降圧した電圧を前記入出力ラインに供給するように、前記ハイサイドスイッチ部および前記ローサイドスイッチ部の動作を制御する、
請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記コントローラは、前記昇圧モードにおける前記充電期間と前記放電期間との１周期において、前記複数のローサイドトランジスタのうちの１つのローサイドトランジスタを動作させ、前記降圧モードにおいて、前記複数のローサイドトランジスタのすべてを同期して動作させる、
請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記コントローラは、前記昇圧モードにおいて、前記充電期間と前記放電期間との１周期毎に、前記複数のローサイドトランジスタのうちの動作するローサイドトランジスタを切り替える、
請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記コントローラは、前記複数のローサイドトランジスタを第１～第ｍ（ｍは、２以上の整数。）のローサイドトランジスタとするとき、前記昇圧モードにおいて、前記第１～第ｍのローサイドトランジスタからこの順で、動作するローサイドトランジスタを１つずつ前記１周期毎に選択し、選択したローサイドトランジスタを動作させる、
請求項４に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記ハイサイドスイッチ部は、同型のＭＯＳトランジスタでそれぞれ構成され、並列接続された複数のハイサイドトランジスタを含み、
前記ローサイドスイッチ部は、ＭＯＳトランジスタで構成されたローサイドトランジスタを含み、
前記コントローラは、昇圧モードにおいて、同期整流式で、充電期間と放電期間とを交互に繰り返すことにより、負荷に接続された入出力ラインの電圧を昇圧してバックアップキャパシタを充電し、前記降圧モードにおいて、前記バックアップキャパシタの充電電圧を降圧して、降圧した電圧を前記入出力ラインに供給するように、前記ハイサイドスイッチ部および前記ローサイドスイッチ部の動作を制御する、
請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記コントローラは、前記昇圧モードにおける前記充電期間と前記放電期間との１周期において、前記複数のハイサイドトランジスタのうちの１つのハイサイドトランジスタを動作させ、前記降圧モードにおいて、前記複数のハイサイドトランジスタのすべてを同期して動作させる、
請求項６に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記コントローラは、前記昇圧モードにおいて、前記充電期間と前記放電期間との１周期毎に、前記複数のハイサイドトランジスタのうちの動作するハイサイドトランジスタを切り替える、
請求項６に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記コントローラは、前記複数のハイサイドトランジスタを第１～第ｎ（ｎは、２以上の整数。）のハイサイドトランジスタとするとき、前記昇圧モードにおいて、前記第１～第ｎのハイサイドトランジスタからこの順で、動作するハイサイドトランジスタを１つずつ前記１周期毎に選択し、選択したハイサイドトランジスタを動作させる、
請求項８に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記複数の同型のスイッチング素子のうちの対応する１つのスイッチング素子を前記制御信号に応じてそれぞれ動作させる、複数の同型のドライバをさらに備える、
請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、電源遮断保護回路および半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
各種の装置には、安定的な電力の供給が必要である。たとえばＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置では、電源からの電力の供給が瞬間的に遮断されると、記憶中のデータの消滅などのおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、電源電圧を昇圧してコンデンサを充電しておき、電源から装置への電力の供給が遮断される際には、充電したコンデンサの電圧を降圧して、装置に電力を供給する技術が記載されている。
【０００４】
電源電圧の昇圧には昇圧コンバータ、コンデンサの電圧の降圧には降圧コンバータが用いられる。いずれのコンバータもハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタとを用いるが、昇圧と降圧とにおいて、トランジスタに必要な電流供給能力が異なる。特許文献１には、昇圧と降圧とで、オン抵抗の異なるローサイドトランジスタを動作させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第９７０５４０２号明細書
【０００６】
［概要］
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、異なるオン抵抗のローサイドトランジスタを形成するためには、ローサイドトランジスタのサイズを異ならせる必要がある。このため、半導体チップにおけるローサイドトランジスタのレイアウトにおいて、それぞれのローサイドトランジスタについて設計が必要となる。
【０００７】
本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、簡便な設計で適切な制御を実現できる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【０００８】
本開示のある態様の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、ハイサイドスイッチ部と、ローサイドスイッチ部と、昇圧モードと降圧モードとで切り替え可能であり、昇圧モードにおいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして機能し、降圧モードにおいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧コンバータとして機能するように、制御信号を生成してハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の動作を制御するコントローラと、を有する。ハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の少なくとも一方は、並列接続された複数の同型のスイッチング素子を含む。コントローラは、昇圧モードまたは降圧モードにおいて、複数の同型のスイッチング素子を連動して動作させる。
【０００９】
本開示のある態様の半導体装置は、バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続端子と、インダクタを介して入出力ラインと接続されるべき入出力端子と、グランドに接続されるべきグランド端子と、キャパシタ接続端子と入出力端子との間に設けられたハイサイドスイッチ部と、入出力端子とグランド端子との間に設けられたローサイドスイッチ部と、昇圧モードと降圧モードとで切り替え可能であり、昇圧モードにおいて、入出力ラインの電圧を昇圧してバックアップキャパシタを充電し、降圧モードにおいて、バックアップキャパシタの電圧を降圧して、降圧した電圧を入出力ラインに供給するように、制御信号を生成してハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の動作を制御するコントローラと、を有する。ハイサイドスイッチ部およびローサイドスイッチ部の少なくとも一方は、並列接続された複数の同型のスイッチング素子を含む。コントローラは、昇圧モードまたは降圧モードにおいて、複数の同型のスイッチング素子を連動して動作させる。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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