CN110114967B - 电源装置以及电源装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

在具备斩波电路的电源装置中，针对因指令信号的产生和作为栅极信号的生成时间点的采样点偏移而产生的抖动，降低其量。使电源装置的斩波部并联连接多个降压斩波电路，且通过相位彼此偏移的栅极信号对各降压斩波电路进行多相控制，来缩短变更降压斩波电路的输出信号的周期，通过缩短该周期，来降低因指令信号的产生和作为栅极信号的生成时间点的采样点偏移而产生的抖动的量。栅极信号的相数与降压斩波电路的相数相同，栅极信号生成部的控制是与控制部的反馈控制非同步的控制，栅极信号的生成时间点(采样点)是控制部算出控制量的计算时间点之后的生成时间点(采样点)。

Description

电源装置以及电源装置的控制方法
技术领域
本案发明涉及电源装置以及电源装置的控制方法。
背景技术
已知通过斩波电路所具备的半导体开关元件的开关动作，使输入电压升压或降压至预定电压后输出的电源装置。已知并联连接多个该斩波电路，使各斩波电路的开关元件接通断开的定时偏移的并联多重斩波装置。
该并联多重斩波装置为了抑制斩波装置的电抗器和电容性负载之间的LC谐振而进行谐振抑制控制，但是电流应答速度因电流检测延迟而下降，难以进行谐振抑制控制。
另一方面，由于基于开关动作的输出电压成为脉冲波形，因此电流检测波形含有电流纹波。
为了降低该电流检测波形的电流纹波的影响，进行使输出电流的采样检测以及电流控制周期与PWM载波信号同步的控制。但是，在与PWM载波信号同步的定时检测出电流时，即使最低也产生PWM载波信号的一周期量的电流检测延迟，由于电流检测延迟所导致的电流应答速度下降而难以进行谐振抑制控制。
为了减少该电流纹波的影响，提出了如下的并联多重斩波装置：将各斩波电路的输出电流的采样值平均移动的值作为检测电流来进行电流控制，比较以该电流控制所算出的指令电压与360度除以斩波电路的台数而得的值作为相位差的各斩波电路的PWM载波信号并输出栅极指令，使采样间隔与PWM载波信号同步的并联多重斩波装置(参照文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-161222
发明内容
发明要解决的课题
图14是用于说明基于脉冲宽度调制部(PWM控制)的斩波电路的电路构成的图。图14所示的斩波电路是单相斩波的电路构成，通过以栅极信号(Gate1以及Gate2)对开关元件S1、S2进行接通/断开来进行PWM控制。一般，通过比较器(Comparator)比较三角波(Triangle or Sawtooth)与控制量(MV)来生成栅极信号(Gate1以及Gate2)。
在包含斩波电路的控制电路的主电路(Controller)中，根据指令信号(Vref)与被反馈的输出信号(输出电压Vout、电感电流iL、或电容器电流iC)的差分来形成控制量(MV)。在将开关频率设为固定的PWM控制中，根据主电路的反馈控制生成的控制量，通过比较器(Comparator)生成栅极信号(Gate1以及Gate2)。以预定的周期进行控制量的生成以及栅极信号的生成。在每个生成时间点(以下，设为采样点)生成栅极信号，因此根据在下一个的采样点在该时间点算出的控制量进行下一个栅极信号的生成。因此，在固定PWM控制中，在相邻的采样点之间的区间，栅极信号的占空比(duty)被固定。
在固定PWM控制中，生成栅极信号的采样点被固定，而基于主电路的控制量的生成定时取决于指令信号的变更时间点而变动。因此，在基于斩波电路的脉冲宽度调制(PWM)控制的电压可变控制中，产生指令信号的定时变动，在对于作为栅极信号生成电路的生成时间点的采样点，时间点变动为之前的时间点或之后的时间点时，在由栅极信号生成部生成的栅极信号的上升中产生1个周期量的相位偏移(以下，称为抖动)。
图15是用于说明在单相斩波电路产生的抖动的图，表示通过进行通常的单相PWM控制的降压斩波进行高/低(High/Low)的脉冲运转时的时序图例。
图15的(a)、(b)示出了指令电压Vref以及输出电压Vout、载波信号的三角波信号(triangle)以及控制量(MV)、栅极信号(Gate1、Gate2)、电感电流iL，图15的(c)示出了指令电压Vref以及输出电压Vout、载波信号的三角波信号(triangle)以及控制量(MV)、电感电流iL。
图15的(a)表示在即将到采样点k之前的时间点，指令信号(指令电压Vref)被变更的状态。在该情况下，例如，当指令电压(Vref)在早于采样点k的时间点从低(Low)状态变动为高(High)状态时，在采样点k，控制量MV即时被更新。因此，在采样点k和下一个采样点(k+1)之间的区间，栅极信号(Gate1以及Gate2)的占空比(Duty)被更新。
另外，图15的(b)示出了在紧接着采样点k之后的时间点，指令信号(指令电压Vref)被变更的状态。在该情况下，当在指令电压(Vref)在晚于采样点k的时间点从低状态变动至高状态时，在下一个采样点(k+1)，进行控制量MV的更新。因此，在晚1个周期的采样点(k+1)和下一个采样点(k+2)之间的区间，栅极信号(Gate1以及Gate2)的占空比(Duty)被更新。因此，在指令电压(Vref)从低状态骤变为高状态，或从高状态骤变位高状态的情况下，占空比(Duty)的变更最大，相位仅延迟1个周期量。
图15的(c)一并表示图15的(a)、(b)所示的两个状态，表示在输出电压Vout产生1个周期量的抖动。
该占空比变更的相位延迟影响到输出电压的控制，表示为输出电压的相位延迟。这样，最大1个周期的相位延迟成为输出电压可变控制时(高/低脉冲)的输出电压的上升及下降的抖动。
该抖动在半导体制造装置中成为电浆质量(再现性)的问题。以往为了提升控制的应答性，虽然以开关频率的高频化来对应，但是基于高频化的高速化在开关元件的速度或损失耐量的点受到限制，因此高频化有限度。
此外，在以往的电源装置中，虽然提案了仅将主电路设为三相交错构成，将更新控制量的定时以及生成栅极信号的采样点设为与单相斩波相同的构成，但是仍产生最大1个周期量的抖动。
另外，专利文献1的并联多重斩波装置，记载着通过使检测出输出信号的定时和生成栅极信号的PWM载波信号同步，而通过使用移动平均来降低电流检测的延迟，并且表示在栅极信号的生成中，使各斩波电路的PWM载波信号仅偏移360度除以斩波电路的台数的值的相位差。
但是，专利文献1所示的并联多重斩波装置是使输出信号的检测和PWM信号的峰值同步，使用PWM信号的峰值的时间点的指令信号(电流指令)来进行控制的构成，因此指令信号的产生定时和生成栅极信号的时间点即采样点始终一致。因此，在专利文献1的构成中，由于指令信号和栅极信号的定时始终一致，从构成上看不会产生栅极信号的上升的抖动。此外，针对抖动也无任何建议。
本发明的目的在于解决上述以往的问题点，在具备斩波电路的电源装置中，针对因指令信号的产生和作为栅极信号的生成时间点的采样点偏移而产生的抖动，降低其量。
用于解决课题的手段
本发明中，使电源装置的斩波部并联连接多个降压斩波电路，通过相位彼此偏移的栅极信号对各降压斩波电路进行多相控制，来缩短变更降压斩波电路的输出信号的周期，通过缩短该周期，降低因指令信号的产生和作为栅极信号的生成时间点的采样点偏移而产生的抖动的量。
本发明具备电源装置的方式和电源装置的控制方法的方式。
(电源装置的方式)
本发明的电源装置是使输出电压可变的电源装置，具备：
(a)多个相的降压斩波电路并联连接的多相的斩波部；
(b)控制部，其通过斩波部输出的反馈信号以及指令信号来算出控制斩波部的控制量；
(c)栅极信号生成部，其根据控制量生成彼此偏移相位而对各相的降压斩波电路所具备的开关元件的接通/断开动作进行多相控制的栅极信号。
栅极信号以及栅极信号生成部具有以下的特征。
(d)栅极信号的相数与降压斩波电路的相数相同。
(e)在栅极信号生成部中，
(e1)通过与栅极信号的生成同步而与指令信号非同步的采样，在每个相以相同的采样周期生成栅极信号。
(e2)作为栅极信号的生成时间点的采样点是控制部算出控制量的计算时间点后的采样点。
本发明的电源装置在多相控制中，通过将栅极信号的相数和降压斩波电路的相数设为相同数量来缩短变更斩波部的输出信号的周期。斩波部的输出信号的变更周期比单相控制以及多相控制的各降压斩波电路中的输出信号的变更周期短缩，因此即使指令信号的产生和栅极信号的生成时间点的采样点偏移，将因该偏移产生的抖动的量最大也可以抑制在缩短的变更周期内。
栅极信号生成部具备脉冲宽度调制部以及相位调整部。
相位调整部在各相的栅极信号之间进行使彼此的相位仅偏移采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整，脉冲宽度调制部在每个相生成与控制量对应的脉冲宽度的栅极信号。
本发明的多个降压斩波电路的多相控制需要使各降压斩波电路以相位彼此偏移的多个相进行控制，因此脉冲宽度调制部在每相生成与控制量对应的脉冲宽度的栅极信号，并且通过相位调整部使各相栅极信号彼此的相位仅偏移采样周期除以相数而得的相位差量。并且，在基于脉冲宽度调制部的栅极信号的生成中，为了使控制量符合所生成的各相的栅极信号的相位，通过移相部使控制量偏移栅极信号的相位差量。
栅极信号生成部可以设为多个方式。
(栅极信号生成部的第1方式)
栅极信号生成部的第1方式是使用在相位调整部进行相位调整后的各相的载波信号，通过脉冲宽度调制部生成具有与上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号的构成，除了相位调整部以及脉冲宽度调制部外，具备移相部，该移相部针对各相使控制量依次仅移相上述采样周期除以相数而得的相位差量。
相位调整部针对各相生成相位彼此仅偏移了采样周期除以相数而得的相位差量的载波信号。脉冲宽度调制部根据控制量与上述各相的载波信号的振幅比较，生成栅极信号。
(栅极信号生成部的第2方式)
栅极信号生成部的第2方式是通过相位调整部，对由脉冲宽度调制部生成的具有与控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号进行相位调整的构成。
脉冲宽度调制部根据各相的上述控制量与同一载波信号的比较来生成各相的栅极信号。相位调整部使在脉冲宽度调制部生成的各相的栅极信号彼此仅相位偏移采样周期除以相数而得的相位差量。
(电源装置的控制方法的方式)
本发明的电源装置的控制方法是通过由并联连接的多个相的降压斩波电路构成的多相的斩波部的反馈控制，使输出电压可变的电源装置的控制方法，具备栅极信号生成工序，根据反馈控制的控制量，通过在每个相以相同的采样周期进行的采样来生成对各相的降压斩波电路所具备的开关元件的接通/断开动作进行控制的栅极信号。
栅极信号生成工序具备：
(a)脉冲宽度调制工序，在每个相生成与控制量对应的脉冲宽度的栅极信号；
(b)相位调整工序，在各相的栅极信号之间，进行使彼此的相位仅偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整。
(c)采样与栅极信号的生成同步，而与指令信号非同步。
本发明的电源装置的控制方法在多相控制中，通过将栅极信号的相数和降压斩波电路的相数设为相同数量来缩短变更斩波部的输出信号的周期。将斩波部的输出信号的变更周期设为比单相控制以及多相控制的各降压斩波电路中的输出信号的变更周期短缩，因此即使指令信号的产生和栅极信号的生成时间点的采样点偏移，也可以将因该偏移产生的抖动的量最大抑制在缩短后的变更周期内。
栅极信号生成工序具备脉冲宽度调制工序以及相位调整工序。脉冲宽度调制调工序在每相生成与控制量对应的脉冲宽度的的栅极信号，相位调整工序在各相的栅极信号间进行使彼此的相位仅偏移采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整。
本发明的电源装置的控制方法中，多个降压斩波电路的多相控制需要以使相位彼此偏移的多个相对各降压斩波电路进行控制，因此脉冲宽度调制工序在每相生成与控制量对应的脉冲宽度的的栅极信号，并且通过相位调整工序，使各相栅极信号彼此的相位仅偏移采样周期除以相数而得的相位差量。并且，在基于脉冲宽度调制工序的栅极信号的生成中，为了使控制量符合所生成的各相的栅极信号的相位，通过移相工序使控制量偏移栅极信号的相位差量。
栅极信号生成工序可以设为多个方式例。
(栅极信号生成工序的第1方式例)
栅极信号生成工序的第1方式例除脉冲宽度调制工序以及相位调整工序外还具备有移相工序。
使用在相位调整工序中进行相位调整的各相的载波信号，通过脉冲宽度调制工序生成具有与控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号。移相工序使控制量移相而符合各相的载波信号的相位。
移相工序中，针对各相使控制量仅依次移相上述采样周期除以相数而得的相位差量。相位调整工序中，针对各相生成相位仅偏离了采样周期除以相数而得的相位差量的载波信号。脉冲宽度调制工序中，根据控制量和各相的载波信号的振幅比较，生成栅极信号。
(栅极信号生成工序的第2方式例)
栅极信号生成工序的第2方式例中，通过相位调整工序，对具有与通过脉冲宽度调制工序生成的上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号进行相位调整。
在脉冲宽度调制工序中，比较控制量和载波信号来生成栅极信号，相位调整工序中，使在脉冲宽度调制工序中生成的栅极信号彼此相位仅偏移以样周期除以相数而得的相位差量，来生成各相的栅极信号。
根据本发明的方式，在具备多个降压斩波电路的电源装置中，针对使指令信号的产生和栅极信号的生成时间点的采样点偏移而产生的抖动，可以降低抖动量。
附图说明
图1是用于说明本发明的电源装置的概要构成例的图。
图2是用于说明本发明的第1电源装置的概要构成例的图。
图3是用于说明具备使用本发明的载波信号的脉冲宽度调制部的概要构成例的图。
图4是用于说明具备使用本发明的载波信号的脉冲宽度调制部的一构成例的图。
图5是用于说明本发明的电源装置的2相控制的采样点的图。
图6是用于说明生成基于本发明的电源装置的2相控制的栅极信号的流程图。
图7是用于说明基于本发明的电源装置的2相控制的栅极信号的生成以及输出电压的抖动的图。
图8是用于说明本发明的电源装置的3相控制的采样点的图。
图9是用于说明生成基于本发明的电源装置的3相控制的栅极信号的流程图。
图10是用于说明本发明的电源装置的3相控制的采样点的图。
图11是用于说明本发明的第2方式的电源装置的概要构成例的图。
图12是用于说明本发明的第2方式的栅极信号的生成的流程图。
图13是用于说明本发明的第2方式的控制量以及栅极信号的时序图的图。
图14是用于说明脉冲宽度调制(PWM控制)部的降压斩波电路的电路构成的图。
图15是用于说明在单相降压斩波电路中产生的抖动的图。
具体实施方式
使用图1～图13，对本发明的电源装置以及电源装置的控制方法进行说明。以下，使用图1说明本发明的电源装置的概要构成例，使用图2～图10说明本发明的电源装置的第1构成例以及控制方法的第1方式例，使用图11～图13说明本发明的电源装置的第2构成例以及控制方法的第2方式例。
[本发明的电源装置的概要构成]
图1是用于说明本发明的电源装置的概要构成例的图。电源装置1具备对输入电压Vin进行电压控制而将输出电压Vout进行输出的斩波(chopper)部30、对斩波部30进行电压控制的控制部10、根据控制部10控制的控制量MV生成控制斩波部30的多个相的栅极(gate)信号的栅极信号生成部20。
斩波部30将降压斩波电路30A～30N并联连接，进行在各相驱动各降压斩波电路30A～30N的多相控制。
控制部10反馈斩波部30的输出，并将该反馈信号与指令电压Vref进行比较来进行电压控制，算出控制斩波部30的控制量MV。反馈信号例如可以使用输出电压Vout、输入电压Vin、流入降压斩波电路所具备的电感的电感电流iL、或流入降压斩波电路所具备的电容器的电容器电流iC。
栅极信号生成部20根据控制部10算出的控制量MV生成对各相的降压斩波电路30A～30N所具备的开关元件(在图1中未示出)的接通/断开动作进行多相控制的栅极信号。栅极信号是相位相互偏移(错开)的多个相的栅极信号(A相栅极信号、B相栅极信号、……、N相栅极信号)，在各相中，以相同的采样周期生成。因此，在各相的栅极信号中，栅极信号间的间隔相同，各相的栅极信号相位在相间彼此偏移(错开)。栅极信号生成部20的栅极信号的相数是与降压斩波电路30A～30N的相数N匹配的相同数量。另外，在此示出了将多个相的相数设为N(2以上的整数)的N相。
在栅极信号生成部20中，虽然采样与栅极信号的生成同步，但与指令信号非同步。另外，在控制部10的主控制中，根据指令信号和反馈信号，进行反馈控制而求出控制量MV。因此，虽然采样与栅极信号的生成同步，但是与指令信号非同步，因此在控制部10算出的控制量MV的计算定时未必与栅极信号生成部20生成的栅极信号的生成定时一致。
本发明的栅极信号生成部20将栅极信号的生成时间点即采样点设为在控制部10算出控制量MV的计算时间点后的时间点出现的采样点而进行采样，生成栅极信号。以下，使用采样点的用语来说明栅极信号的生成时间点。
在控制量MV的计算时间点和之后的采样点时间点的采样点之间，最大在多个相的采样点中，产生相邻的采样点间的周期量的偏移。
栅极信号生成部20具备脉冲宽度调制部20b和相位调整部20a，所述脉冲宽度调制部20b在每相生成与控制量MV对应的脉冲宽度的栅极信号，所述相位调整部20a在各相的栅极信号间，进行使彼此的相位仅偏移采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整。
相位调整部20a通过各相的栅极信号的相位调整，将多个相的相邻相的栅极信号间缩短成相当于采样周期除以相数而得的相位差的周期，由此，降低相邻的采样点间的偏移量，降低输出电压上升的时间偏移即抖动(jitter)量。
图1的(b)～(d)表示A相栅极信号、B相栅极信号以及N相栅极信号的例，图1的(e)表示使A相至N相的所有相重叠的多个相的栅极信号的例。
A相栅极信号、B相栅极信号以及N相栅极信号的信号间的周期Tph是相同的，相位偏移了各个周期Tph除以相数N而得的T(＝Tph/N)。由此，使这些相重叠的多个相的栅极信号间的周期T成为各相的周期Tph的1/N。
作为栅极信号生成部20具有移相部20c的构成，将控制部10算出的控制量MV，针对各相，依次地移相采样周期除以相数而得的相位差量。通过移相部20c对控制量MV移相，在脉冲宽度调制部20b进行的栅极信号的生成中，可以使控制量的相位和所生成的各相的栅极信号的相位匹配。
[本发明的电源装置以及控制方法的第1方式]
接着，使用图2～图10，说明本发明的电源装置以及控制方法的第1方式。图2表示第1电源装置的概要构成例，图3和图4表示具备使用载波信号的脉冲宽度调制部的概要构成例以及一构成例。
图2所示的概要构成例表示栅极信号生成部20的构成例，因其他的构成与图1所示的概要构成例相同，故在此针对栅极信号生成部20的构成例予以说明，针对其他的部分省略说明。
电源装置1所具备的栅极信号生成部的第1方式是使用在相位调整部20a进行相位调整的各相的载波信号，通过脉冲宽度调制部20b生成具有与控制量MV对应的脉冲宽度的各相的栅极信号的构成。
图2的栅极信号生成部20具备A相栅极信号生成部20A、B相栅极信号生成部20B、…、N相栅极信号生成部20N，生成分别互相相位偏移的A相～N相的多相的栅极信号(A相栅极信号～B相栅极信号、…、、N相栅极信号)。
因各相的栅极信号生成部具备共同的构成，故在此针对A相栅极信号生成部20A予以说明，省略其他相的栅极信号生成部的说明。
A相栅极信号生成部20A具备输入控制部10算出的控制量MV的移相部20c、输入在移相部20c中仅移相了采样周期除以相数而得的相位差量的控制量MV的脉冲宽度调制部20b、以及在脉冲宽度调制部20b调整与控制量MV进行振幅比较的载波信号的相位的相位调整部20a。
相位调整部20a针对各相生成相位互相仅偏移了采样周期除以相数而得的相位差量的载波信号，脉冲宽度调制部20b比较控制量MV与在相位调整部20a进行相位调整后的各相的载波信号的振幅而生成栅极信号。
另外，各移相部20c针对各相依次仅相移上述采样周期除以相数而得的相位差量的控制量。因此，基于A相栅极信号生成部20A的移相部20Ac的移相量、基于B相栅极信号生成部20B的移相部20Bc的移相量、以及基于N相栅极信号生成部20N的移相部20Nc的移相量分别不同，移相量依序地仅增加相位差量。
图3示出了在图2所示的栅极信号生成部20的构成中，使用三角波信号作为用于脉冲宽度调制的载波信号的例。即使在图3中，针对A相栅极信号生成部20A予以说明，省略其他相的栅极信号生成部的说明。
在A相栅极信号生成部20A中，脉冲宽度调制部20Ab通过将在移相部20Ac移相的控制量MV与三角波的载波信号进行振幅比较，生成栅极信号。另外，三角波可以设成在波形的上升及下降时，振幅直线状地增减的波形形状、在波形的上降中振幅阶梯状地上升，下降时振幅直线状地减少的波形形状的齿状波等、振幅直线状地变化的任意的波形形状。
图3所示的构成中，通过相位调整部20C调整供给至各脉冲宽度调制部20Ab、20Bb、…、20Nb的载波信号的相位，在从各脉冲宽度调制部20Ab、20Bb、…、20Nb输出的栅极信号间形成相位偏移。
各移相部20Ac～20Nc通过匹配在各脉冲宽度调制部20Ab～20Nb进行振幅比较的载波信号的相位，即使在任一的脉冲宽度调制部20Ab～20Nb中，在与载波信号的比较中也能够消除控制量MV的相位偏移。假设，在各移相部20Ac～20Nc中，不进行控制量MV的移相的情况下，振幅调制成通过相位调整而相位偏移的载波信号，有时在所生成的栅极信号产生相位偏移的情况，但通过移相部20Ac～20Nc将控制量MV的相位与载波信号的相位匹配，可以防止在相位调整中的栅极信号的相位偏移。
(2相控制的方式)
以下，使用图4～图7，针对进行2相控制的方式进行说明。
图4表示对斩波电路进行多相控制而进行2相控制时的电源装置的电路例。
斩波部30由A相的斩波电路30A和B相的斩波电路30B的并联连构成，两个斩波电路30A、30B与并联连接的电容器C和负载R连接。斩波部30通过互相不同的相位对斩波电路30A、30B进行2相控制，对输入电压Vin进行电压控制而将输出电压Vout进行输出。
斩波电路30A具备被串联连接的开关元件S1A和被并联连接的开关元件S2A及被串联连接的电感LA，斩波电路30B具备被串联连接的开关元件S1B和被并联连接的开关元件S2B及被串联连接的电感LB。
开关元件S1A及开关元件S2A通过栅极信号Gate1-A与栅极信号Gate2-A控制接通/断开动作。同样，开关元件S1B及开关元件S2B通过栅极信号Gate1-B与栅极信号Gate2-B控制接通/断开动作。另外，栅极信号Gate1-A和栅极信号Gate2-A以及栅极信号Gate1-B和栅极信号Gate2-B分别具有互相反转的关系，以各栅极信号被驱动的开关元件以互相逆相进行接通/断开动作。
斩波部30的主控制通过控制部(controller)10进行，根据斩波部30的反馈信号和指令电压Vref的差量进行电压控制。输出控制量MV。电压控制例如可以通过作为指令电压Vref交互输入高电压和低电压，来进行高/低(High/Low)控制。
从控制部10输出的控制量MV被输入至栅极信号生成部20。栅极信号生成部20具备A相栅极信号生成部20A和B相栅极信号生成部20B，分别生成驱动斩波电路30A和斩波电路30B的开关元件的栅极信号。A相栅极信号生成部20A具备移相部(ShifterA)和脉冲宽度调制部(ComparatorA)，使控制量MV的相位偏移0度或180度的后，与载波信号的三角波(Triangle-A或Sawtooth-A)进行振幅比较，生成A相的栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。B相栅极信号生成部20B与A相栅极信号生成部20A相同，具备移相部(ShifterB)和脉冲宽度调制部(ComparatorB)，使控制量MV的相位偏移0度或180度的后，与载波信号的三角波(Triangle-B或Sawtooth-B)进行振幅比较，生成B相的栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。
图5表示2相控制的采样点。图5的(a)表示A相的采样点(kA-1、kA、kA+1、kA+2、kA+3)，图5的(b)表示B相的采样点(kB-1、kB、kB+1、kB+2、kB+3)。采样点是栅极信号的生成时间点，A相和B相的采样点的周期相等，相位具有互相偏移π(＝2π/2)的关系。
图5的(c)、(d)表示使A相和B相的2相量的采样点重叠的采样点。通过将2相量的采样点重叠，2相控制的采样点的周期被缩短成A相及B相的各单相的采样点的周期的1/2。
通过将采样点的周期缩短成1/2，可以缩短指令信号的变更时间点和栅极信号的更新时间点间的时间延迟的宽度。图5的(c)表示在早于采样点kA的时间点指令被变更的状态，图5的(d)表示在晚于采样点kA的时间点指令被变更的状态。在早于采样点kA的时间点指令被变更的情况下，栅极信号在采样点kA和采样点kB+1间被更新，在晚于采样点kA的时间点指令被变更的情况下，栅极信号在仅延迟单相周期的1/2周期的采样点kB+1和采样点kA+1间被更新。虽然抖动通过上述两个栅极信号的更新期间产生，但因两栅极信号的更新时间的时间宽度最大为单相周期的1/2的周期，故比起单相控制，抖动量减少。
接着，使用图6的流程图来说明2相控制所引起的栅极信号的生成。以下，使用“S”的符号予以说明。
当指令电压Vref被变更时(S1)，电源控制的控制部通过比较斩波部的输出信号和指令电压Vref的主控制，求出控制量MV(S3)。另外，至指令电压Vref被变更为止，维持上一次求出的栅极信号(GateA、GateB)(S2)。
在指令电压Vref被变更之后出现的最初的采样点，进行栅极信号的生成(S4)。
指令电压Vref的变更后，在A相的采样点kA出现的情况下(S4)，以A相作为基准相(S5)，对控制量MV和A相的载波信号进行振幅比较而生成A相的栅极信号GateA(S6)。进行使作为基准相的A相的控制量MV的相位偏移π(＝2π/2)的移相，生成B相的控制量MV-B(S7)。将所生成的控制量MV-B和B相的载波信号进行振幅比较而生成B相的栅极信号GateB(S8)。
指令电压Vref的变更后，在B相的采样点kB出现的情况下(S4)，以B相作为基准相(S9)，对控制量MV和B相的载波信号进行振幅比较而生成B相的栅极信号GateB(S10)。进行使作为基准相的B相的控制量MV的相位偏移π(＝2π/2)的移相，生成A相的控制量MV-A(S11)。将所生成的控制量MV-A和A相的载波信号进行振幅比较而生成A相的栅极信号GateA(S12)。
图7表示2相控制所引起的栅极信号的生成及输出电压的抖动。图7的(a)表示在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更时的栅极信号的生成，图7的(b)表示在紧接着采样点kA之后，指令电压Vref被变更时的栅极信号的生成，图7的(c)表示输出电压的抖动。
在图7的(a)中，在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更的情况下，以A相作为基准相而进行2相控制。
针对作为基准相的A相的栅极信号，将控制量MV设为控制量MV-A，在采样点kA中，通过控制量MV-A和载波信号(Triangle-A)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。另外，针对B相的栅极信号，在下一个的采样点kB+1中，将使基准相的A相的控制量MV-A仅移相π(＝2π/2)而取得的控制量MV-B和载波信号(Triangle-B)的振幅比较，由此生成栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。
使用A相的栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)来驱动A相的斩波电路，由此使电感电流iL-A流至电感LA。使用B相的栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)来驱动B相的斩波电路，由此使电感电流iL-B流至电感LB。iL表示电感电流iL-A和电感电流iL-B合并的电流。
在图7的(b)中，在紧接着采样点kA之后，指令电压Vref被变更的情况下，以B相作为基准相而进行2相控制。
针对作为基准相的B相的栅极信号，将控制量MV设为控制量MV-B，在采样点kB+1中，通过控制量MV-B和载波信号(Triangle-B)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。另外，针对A相的栅极信号，在下一个的采样点kA+1中，将使控制量MV-B仅移相π(＝2π/2)而取得的控制量MV-A和载波信号(Triangle-A)的振幅比较，由此生成栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。
使用B相的栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)来驱动B相的斩波电路，由此使电感电流iL-B流至电感LB。使用A相的栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)来驱动A相的斩波电路，由此使电感电流iL-A流至电感LA。iL表示电感电流iL-A和电感电流iL-B合并的电流。
图7的(c)表示以在图7的(a)中表示的状态下取得的输出电压及电感电流iL(以图中的实线表示)和以在图7的(b)表示的状态下取得的输出电压及电感电流iL(以图中的虚线表示)。两输出电压的时间差表示抖动。
在采样点kA的前后，指令电压被变更之时的输出电压的抖动最大为单相控制时的周期的1/2。
(3相控制的方式)
以下，使用图8～图10，针对进行3相控制的方式进行说明。
图8表示3相控制的采样点。图8的(a)表示A相的采样点(kA-1、kA、kA+1、kA+2、kA+3)，图8的(b)表示B相的采样点(kB-1、kB、kB+1、kB+2、kB+3)，图8的(c)表示C相的采样点(kC-1、kC、kC+1、kC+2、kC+3)。采样点是栅极信号的生成时间点，A相、B相及C相的采样点的周期相等，相位具有互相偏移π(＝2π/3)的关系。
图8的(d)、(e)表示将A相、B相及C相的3相量的采样点重叠的采样点。通过将3相量的采样点重叠，3相控制的采样点的周期被缩短成A相、B相及C相的各单相的采样点的周期的1/3。
通过将采样点的周期缩短成1/3，可以缩短指令信号的变更时间点和栅极信号的更新时间点之间的时间延迟的宽度。图8的(d)表示在早于采样点kA的时间点指令被变更的状态，图8的(e)表示在晚于采样点kA的时间点指令被变更的状态。在早于采样点kA的时间点指令被变更的情况下，栅极信号在采样点kA和采样点kB+1之间被更新，在晚于采样点kA的时间点指令被变更的情况下，栅极信号在仅延迟单相周期的1/3周期的采样点kB+1和采样点kC+2之间被更新。虽然抖动通过上述两个栅极信号的更新期间产生，因两栅极信号的更新时间的时间宽度最大为单相周期的1/3的周期，故比起单相控制，抖动量减少。
接着，使用图9的流程图来说明3相控制所引起的栅极信号的生成。以下，使用“S”的符号予以说明。
当指令电压Vref被变更时(S21)，电源控制的控制部通过比较斩波部的输出信号和指令电压Vref的主控制，求出控制量MV(S23)。另外，至指令电压Vref被变更为止，维持上一次求出的栅极信号(GateA、GateB)(S22)。
在指令电压Vref被变更之后出现的最初的采样点，进行栅极信号的生成(S24)。
指令电压Vref的变更后，在A相的采样点kA出现的情况下(S24)，以A相作为基准相(S25)，对控制量MV和A相的载波信号进行振幅比较而生成A相的栅极信号GateA(S26)。进行使作为基准相的A相的控制量MV的相位偏移2π/3的移相，生成B相的控制量MV-B(S27)。将所生成的控制量MV-B和B相的载波信号进行振幅比较而生成B相的栅极信号GateB(S28)。进行使作为基准相的A相的控制量MV的相位偏移4π/3(＝2·(2π/3))的移相，生成C相的控制量MV-C(S29)。将所生成的控制量MV-C和C相的载波信号进行振幅比较而生成C相的栅极信号GateC(S30)。
指令电压Vref的变更后，在B相的采样点kB出现的情况下(S24)，以B相作为基准相(S31)，对控制量MV和B相的载波信号进行振幅比较而生成B相的栅极信号GateB(S32)。进行使作为基准相的B相的控制量MV的相位偏移2π/3的移相，生成C相的控制量MV-C(S33)。将所生成的控制量MV-C和C相的载波信号进行振幅比较而生成C相的栅极信号GateC(S34)。进行使作为基准相的B相的控制量MV的相位偏移4π/3(＝2·(2π/3))的移相，生成A相的控制量MV-A(S35)。将所生成的控制量MV-A和A相的载波信号进行振幅比较而生成A相的栅极信号GateA(S36)。
指令电压Vref的变更后，在C相的采样点kC出现的情况下(S24)，以C相作为基准相(S37)，对控制量MV和C相的载波信号进行振幅比较而生成C相的栅极信号GateC(S38)。进行使作为基准相的C相的控制量MV的相位偏移2π/3的移相，生成A相的控制量MV-A(S39)。将所生成的控制量MV-A和A相的载波信号进行振幅比较而生成A相的栅极信号GateA(S40)。进行使作为基准相的C相的控制量MV的相位偏移4π/3(＝2·(2π/3))的移相，生成B相的控制量MV-B(S41)。将所生成的控制量MV-B和B相的载波信号进行振幅比较而生成B相的栅极信号GateB(S42)。
图10表示3相控制所引起的栅极信号的生成。图10的(a)表示在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更之时的栅极信号的生成，图10的(b)表示在紧接着采样点kA的后，指令电压Vref被变更之时的栅极信号的生成。另外，图10表示将A相作为基准相的例。
在图10的(a)中，在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更的情况下，以A相作为基准相而进行3相控制。
针对作为基准相的A相的栅极信号，将控制量MV设为控制量MV-A，在采样点kA中，通过控制量MV-A和载波信号(Triangle-A)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。另外，针对B相的栅极信号，在下一个的采样点kB+1中，通过使基准相的A相的控制量MV-A仅移相2π/3而取得的控制量MV-B和载波信号(Triangle-B)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。针对C相的栅极信号，进一步在下一个的采样点kC+2中，通过使基准相的A相的控制量MV-A仅移相4π/3而取得的控制量MV-C和载波信号(Triangle-C)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-C、Gate2-C)。
在图10的(b)中，在紧接着采样点kA的后，指令电压Vref被变更的情况下，以B相作为基准相而进行3相控制。
针对作为基准相的B相的栅极信号，将控制量MV设为控制量MV-B，在采样点kB+1中，通过控制量MV-B和载波信号(Triangle-B)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。针对C相的栅极信号，进一步在下一个的采样点kC+2中，通过使基准相的B相的控制量MV-B仅移相2π/3而取得的控制量MV-C和载波信号(Triangle-C)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-C、Gate2-C)。针对A相的栅极信号，进一步在下一个的采样点kC+2中，通过使基准相的B相的控制量MV-B仅移相4π/3而取得的控制量MV-A和载波信号(Triangle-A)的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。
(本发明的第2电源装置的构成例及控制方法的方式例)
接着，使用图11～图13，说明本发明的电源装置及控制方法的第2方式。图11表示第2方式的电源装置的概要构成例，图12表示第2方式的流程图，图13表示控制量与栅极信号的时序图。
第2方式是在栅极信号生成部中，通过相位调整部对具有与由脉冲宽度调制部生成的控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号，进行相位调整的构成。
图11所示的概要构成例表示栅极信号生成部20的构成例。因其他构成与图1所示的概要构成例相同，故在此针对栅极信号生成部20的构成例予以说明，针对其他部分省略说明。
第2方式的栅极信号生成部20在脉冲宽度调制部20b中，生成栅极信号作为控制部10的控制量MV和载波信号生成部20d生成的载波信号。相位调整部20Aa、20Ba、…20Na使在脉冲宽度调制部20b生成的栅极信号的相位分别互相仅偏移以采样周期除以相数N而得的相位差量，作为各相的栅极信号(A相栅极信号、B相栅极信号、…、N相栅极信号)而生成。
相位调整部20Aa、20Ba、…20Na进行的栅极信号的相位调整，与针对基准相的相位偏移对应地进行。例如，将A相作为基准相的情况下，因A相的相位调整部20Aa不需要相位调整，故脉冲宽度调制部20b的栅极信号原样地不进行相位调整，作为A相的栅极信号进行输出。
另一方面，在将A相作为基准相的情况下，B相的相位调整部20Ba仅以2π/N的相位差量对脉冲宽度调制部20b的栅极信号进行相位调整而作为B相栅极信号进行输出，C相的相位调整部20Ca仅以2·(2π/N)的相位差量对脉冲宽度调制部20b的栅极信号进行相位调整而作为C相栅极信号进行输出，N相的相位调整部20Na仅以(N-1)·(2π/N)的相位差量对脉冲宽度调制部20b的栅极信号进行相位调整而作为N相栅极信号进行输出。
在第2方式的栅极信号生成部20中，在脉冲宽度调制部20b中，通过相位调整部20Aa～相位调整部20Na，将在脉冲宽度调制部20b以控制量MV和载波信号的比较所取得的栅极信号的相位对准各相而调整的构成，故可以不需要在第1方式中为了对准控制量和载波信号的相位而设置的移相部。
接着，使用图12的流程图，针对第2方式的栅极信号的生成，以2相控制的情况为例进行说明。以下，使用“S”的符号予以说明。
当指令电压Vref被变更时(S51)，电源控制的控制部通过比较斩波部的输出信号和指令电压Vref的主控制，求出控制量MV(S53)。另外，至指令电压Vref被变更为止，维持上一次求出的栅极信号(GateA、GateB)(S52)。
在指令电压Vref被变更的后出现的最初的采样点，进行栅极信号的生成。最初的采样点为A相的采样点时，将所生成的栅极信号作为A相的栅极信号GateA，控制A相的斩波电路。另一方面，最初的采样点为B相的采样点时，将所生成的栅极信号作为B相的栅极信号GateB，控制B相的斩波电路(S54)。
接着，使所生成的栅极信号仅偏移π，生成下一个的采样点中的其他相的栅极信号。
最初的采样点为A相的采样点时，将先前所生成的栅极信号仅相位调整π而作为栅极信号GateB，控制B相的斩波电路。另一方面，最初的采样点为B相的采样点时，将先前所生成的栅极信号仅相位调整π而作为栅极信号GateA，控制A相的斩波电路(S55)。
图13表示在第2方式中，2相控制所引起的栅极信号的生成。图13表示在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更之时的栅极信号的生成。
在图13中，在即将到采样点kA之前，指令电压Vref被变更的情况下，以A相作为基准相而进行2相控制。
针对作为基准相的A相的栅极信号，在采样点k，通过控制量MV和载波信号的振幅比较，生成栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)。另外，针对B相的栅极信号，使A相的栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)相位仅偏移π而生成B相栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)。
使用A相的栅极信号(Gate1-A、Gate2-A)驱动A相的斩波电路，使用B相的栅极信号(Gate1-B、Gate2-B)驱动B相的斩波电路。
根据本发明的第1方式及第2方式，在电源装置进行高/低的脉冲控制，由此输出电压的抖动能够根据相数量而降低。
例如，将开关频率设为fsw，将相数设为N时，抖动的时间宽度Jitter可以用以下的表达式来表示。
Jitter＝(1/fsw)×(1/N)
根据本发明的第1方式及第2方式，即使驱动斩波电路的开关频率由于开关元件的损失等的限制而无法上升的情况下，通过增加斩波电路的相数N，可以大幅度地降低输出电压的抖动的时间宽度。
例如，作为开关元件，即使使用开关频率fsw为fsw＝20kHz左右的低频的IGBT等的情况下，在将抖动的时间宽度设为100ns时，也可以从N＝(1/fsw)/Jitter的式子通过500(＝(1/20kHz)/100ns)相来实现。
另外，上述实施方式及变形例中的记载为与本发明有关的电源装置的一例，本发明并不限定于各实施方式，能根据本发明的主旨做各种变形，并非从本发明的范围排除这些。
产业上的可利用性
本发明的电源装置可以适用于对半导体或液晶面板等的制造装置、真空蒸镀装置、加热溶融装置等使用高频的装置供给高频电力。
符号说明
1：电源装置
10：控制部
20：栅极信号生成部
20A：A相栅极信号生成部
20Aa：相位调整部
20Ab-20Nb：脉冲宽度调制部
20Ac-20Nc：移相部
20B：B相栅极信号生成部
20Ba：相位调整部
20Bb：脉冲宽度调制部
20Ca：相位调整部
20N：N相栅极信号生成部
20a：相位调整部
20b：脉冲宽度调制部
20c：移相部
20d：载波信号生成部
30：斩波部
30A～30N：降压斩波电路
Gate1：栅极信号
Gate2：栅极信号
GateA：栅极信号
GateB：栅极信号
GateC：栅极信号
iC：电容器电流
iL：电感电流
iL-A：电感电流
iL-B：电感电流
Jitter：时间宽度
k：采样点
kA：采样点
kB：采样点
kC：采样点
LA：电感
LB：电感
MV：控制量
MV-A：控制量
MV-B：控制量
MV-C：控制量
S1、S2：开关元件
S1A：开关元件
S1B：开关元件
S2A：开关元件
S2B：开关元件
Vout：输出电压
Vref：指令电压。

Claims (6)

1.一种电源装置，其使输出电压可变，其特征在于，上述电源装置具备：
多个相的降压斩波电路并联连接的多相的斩波部；
控制部，其通过上述斩波部输出的反馈信号以及指令信号来算出控制上述斩波部的控制量；以及
栅极信号生成部，其根据上述控制量生成彼此偏移相位而对各上述相的降压斩波电路所具备的开关元件的接通/断开动作进行多相控制的栅极信号，
上述栅极信号的相数与上述降压斩波电路的相数相同，
在上述栅极信号生成部中，
通过与上述栅极信号的生成同步而与上述指令信号非同步的采样，在每个相以相同的采样周期生成栅极信号，
作为上述栅极信号的生成时间点的采样点是上述控制部算出控制量的计算时间点后的采样点，
上述栅极信号生成部具备：
脉冲宽度调制部，其在每个相生成与上述控制量对应的脉冲宽度的栅极信号；以及
相位调整部，其在各相的栅极信号之间进行使彼此的相位仅偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
上述栅极信号生成部构成为：使用由上述相位调整部进行相位调整后的各相的载波信号，通过上述脉冲宽度调制部生成具有与上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号，
上述栅极信号生成部具备移相部，上述移相部针对各相使上述控制量依次仅移相上述采样周期除以相数而得的相位差量，
针对上述各相，上述相位调整部生成相位彼此仅偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量的载波信号，
上述脉冲宽度调制部根据上述控制量与上述各相的载波信号的振幅比较，生成栅极信号。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
上述栅极信号生成部构成为：通过上述相位调整部，对由上述脉冲宽度调制部生成的具有与上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号进行相位调整，
上述脉冲宽度调制部根据上述控制量与载波信号的比较来生成栅极信号，
上述相位调整部使在上述脉冲宽度调制部生成的栅极信号彼此仅相位偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量来生成各相的栅极信号。
4.一种电源装置的控制方法，上述电源装置通过由并联连接的多个降压斩波电路构成的多相的斩波部的反馈控制，基于指令信号使输出电压可变，其特征在于，
电源装置的控制方法具有：栅极信号生成工序，根据上述反馈控制的控制量，通过在每个相以相同的采样周期进行的采样来生成彼此偏移相位而对各上述相的降压斩波电路所具备的开关元件的接通/断开动作进行多相控制的栅极信号，
上述栅极信号生成工序具备：
脉冲宽度调制工序，在每个相生成与上述控制量对应的脉冲宽度的栅极信号；以及
相位调整工序，在各相的栅极信号之间，进行使彼此的相位仅偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量的相位调整，
上述采样与上述栅极信号的生成同步，而与上述指令信号非同步,
作为上述栅极信号的生成时间点的采样点是算出上述控制量的计算时间点后的采样点。
5.根据权利要求4所述的电源装置的控制方法，其特征在于，
上述栅极信号生成工序是如下的工序：使用在上述相位调整工序中进行相位调整后的各相的载波信号，通过上述脉冲宽度调制工序生成具有与上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号，
上述栅极信号生成工序具备移相工序，在移相工序中，针对各相使上述控制量依序仅移相上述采样周期除以相数而得的相位差量，
在上述相位调整工序中，针对上述各相，生成相位彼此仅偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量的载波信号，
在上述脉冲宽度调制工序中，根据上述控制量与上述各相的载波信号的振幅比较生成栅极信号。
6.根据权利要求4所述的电源装置的控制方法，其特征在于，
上述栅极信号生成工序是如下的工序：通过上述相位调整工序，对在上述脉冲宽度调制工序中生成的具有与上述控制量对应的脉冲宽度的各相的栅极信号进行相位调整，
在上述脉冲宽度调制工序中，根据各相的上述控制量与相同载波信号的比较，生成各相的栅极信号，
在上述相位调整工序中，使在上述脉冲宽度调制工序中生成的各相的栅极信号彼此仅相位偏移上述采样周期除以相数而得的相位差量。
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