JP2007124875A - 情報処理装置および電源制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高速応答を必要とする負荷を含む複数の負荷に対して電力を供給できる情報処理装置および電源制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置10のパラメータ設定部Pに、CPUに電力を供給する電源出力部20の制御頻度を、従属デバイスに電力を供給する電源出力部30,40,50,60の2倍の頻度で制御するパラメータが設定されていると、1制御周期において、電源出力部30,40,50,60に対するパルス幅制御がそれぞれ1回ずつ行われるのに対して、電源出力部20に対するパルス幅制御が2回行われる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数のDC−DCコンバータおよびPWM制御回路を用いた情報処理装置および電源制御方法に関する。
複数種の安定化直流電源を出力する多出力電源装置が種々開発されている。またDC−DCコンバータをPWM制御する安定化直流電源装置も種々開発されている。
特開2001−268909号公報 特開平10−248238号公報
近年、DSP(Digital Singal Processor)を用いて複数のDC−DCコンバータをPWM制御する、所謂多出力デジタル電源装置が開発されている。DC−DCコンバータには、入力電圧から目的の出力電圧を得るために、出力電圧のモニタリングおよび制御を行うフィードバックループ(制御ループ)が存在する。この各DC−DCコンバータの出力に対するフィードバックループの処理をDSPで行っている。この処理では、上記フィードバックループによるDC−DCコンバータの出力電圧若しくは出力電流(負荷に流れる電流)若しくは出力電圧と出力電流の双方の値をもとに上記DC−DCコンバータに供給(印加)するPWM信号のパルス幅(即ちデューティ比(オンデューティ))を制御する処理を行う。このDSPの処理による制御を従来では上記複数のDC−DCコンバータに対して(即ちDC−DCコンバータをPWM制御するPWM制御回路に対して)一定の周期の中で一定の順序で均等に(同じ頻度で)行っていた。この制御は、多出力になる(DC−DCコンバータが増加する)ほど、フィードバックループのクロスオーバー周波数が低下することから、高速応答制御を必要とする負荷体を含む複数の負荷体を対象とした多出力電源では電源の出力数が大幅に制約されるという問題があった。またこの問題を解消しようとすると、出力全体の制御頻度を上げた高速処理に追随できる高速プロセッサ(DSP、マイクロプロセッサ等)が必要になるという問題があった。
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、高速応答を必要とする負荷を含む複数の負荷に対して電力を供給できる情報処理装置および電源制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、第1のデバイスと、前記第1のデバイス動作させる電力を出力する第1のDC−DCコンバータと、前記第1のDC−DCコンバータをPWM制御する第1のPWM制御回路と、前記第1のデバイスと異なる第2のデバイスと、前記第2のデバイスを動作させる電力を出力する第2のDC−DCコンバータと、前記第2のDC−DCコンバータをPWM制御する第2のPWM制御回路と、前記第1のPWM制御回路に対する制御回数が前記第2のPWM制御回路に対する制御回数よりも多くなるように制御する制御手段と
を具備した情報処理装置を特徴とする。
また本発明は、複数のDC−DCコンバータと、前記複数のDC−DCコンバータにPWM信号を夫々供給する複数のPWM制御回路と、前記複数のPWM制御回路をグループ分けすることで定められたグループ毎に異なる頻度に基づいて、前記複数のPWM制御回路を制御する制御手段とを具備した情報処理装置を特徴とする。
また本発明は、第1のデバイス動作させる電力を出力する第1のDC−DCコンバータをPWM制御する第1のPWM制御回路および第2のデバイスを動作させる電力を出力する第2のDC−DCコンバータをPWM制御する第2のPWM制御回路を具備する情報処理装置の電源制御方法において、前記第1のPWM制御回路および前記第2のPWM制御回路の制御に要するパラメータを設定し、前記設定されたパラメータに基づいて、前記第1のPWM制御回路に対する制御回数が前記第2のPWM制御回路に対する制御回数よりも多くなるように制御することを特徴とする。
高速応答を必要とする負荷を含む複数の負荷に対して電力を供給できる。
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態に係る多出力電源装置の構成を図1に示す。本発明の実施形態に係る多出力電源装置は、制御装置10と、複数の電源出力部20,30,40,50,60とにより構成される。
制御装置10はDSPであり、制御装置10は上記複数の電源出力部20,30,40,50,60に対応した複数のPWM制御回路を有して構成される。電源出力部20,30,40,50,60は各々、電流検出器と電圧検出器とを有したDC−DCコンバータにより構成される。
制御装置10には、フィードバックループを形成するための、PWM信号出力端T1a,T2a,T3a,T4a,T5aと、制御入力端T1b,T2b,T3b,T4b,T5b、T1c,T2c,T3c,T4c,T5cが設けられる。
電源出力部20,30,40,50,60には、同じくフィードバックループを形成するための、PWM信号入力端T21,T31,T41,T51,T61と、電流値出力端T22,T32,T42,T52,T62と、電圧値出力端T23,T33,T43,T53,T63とが設けられる。
ここで、電源出力部20は、フィードバックループでの高速応答が必要な負荷体、例えばCPUに動作用電力を供給する電源出力部を想定し、電源出力部30,40,50,60は、上記CPUの動作により制御されて動作する、例えばIO、周辺装置等のデバイスに動作用電源を供給する電源出力部を想定している。
制御装置10のPWM信号出力端T1aは電源出力部(CPU1電源)20のPWM信号入力端T21に接続され、電源出力部20の電流値出力端T22および電圧値出力端T23はそれぞれ制御装置10の制御入力端T1b,T1cに接続されて、電源出力部20のフィードバックループが形成される。
また制御装置10のPWM信号出力端T2aは電源出力部30のPWM信号入力端T31に接続され、電源出力部30の電流値出力端T32および電圧値出力端T33はそれぞれ制御装置10の制御入力端T2b,T2cに接続されて、電源出力部30のフィードバックループが形成される。
上記同様にして電源出力部40,50,60についても、制御装置10との間に、各電源出力部40,50,60のフィードバックループが形成される。
上記制御装置10は、上記各PWM制御回路を所定数のグループに分け、各グループ毎に異なる制御頻度(制御ループによる制御の頻度)を設定するためのパラメータ設定部Pを有する。制御装置10は、このパラメータ設定部Pに設定された制御パラメータに従い、当該パラメータで指定されたグループに属する電源出力部について、当該パラメータで指定された制御頻度を設定し、この制御頻度に基づいてフィードバックループによる制御を行う。このパラメータ設定部に設定したパラメータは、任意に変更(更新)できる。パラメータ設定部Pにパラメータが設定されていない場合は、制御の対象となるすべての電源出力部20,30,40,50,60に対して等しい頻度でフィードバックループによるパルス幅の制御が一定の周期で繰り返し実行される。
このパラメータ設定部Pに設定されたパラメータによる制御頻度の一例を図2に示す。
制御装置10のPWM信号出力端T1aからは、電源出力部20のDC−DCコンバータに対応して設けられたPWM制御回路からPWM信号が出力される。このPWM信号は、フィードバックループの制御によって設定されたデューティ比(オンデューティ)に従うパルス幅信号である。このPWM信号出力端T1aに出力されたPWM信号は電源出力部20のPWM信号入力端T21を介してDC−DCコンバータに入力される。電源出力部20のDC−DCコンバータはPWM信号入力端T21に入力されたPWM信号のパルス幅に従い、例えば入力電圧を降圧したCPU用の直流電圧を出力する。この直流電圧は負荷体となるCPUに供給される。このときの電源出力部20の検出電流値(出力電流路に介在された電流検出器が検出した電流値)と検出電圧値(電圧検出器が検出した出力電圧値)が電流値出力端T22、電圧値出力端T23を介して制御装置10の制御入力端T1b,T1cに入力(フィードバック)される。
制御装置10は、上記パラメータで設定した制御頻度に従う制御タイミングにおいて、上記フィードバックされた制御入力端T1b,T1cの値をもとに電源出力部20に供給するPWM信号のパルス幅を制御(可変調整)する。即ち電源出力部20のDC−DCコンバータにPWM信号を供給(印加)するPWM制御回路のパルス幅制御(オンデューティ制御)を行う。
上記同様に、制御装置10のPWM信号出力端T2aからは、電源出力部30のDC−DCコンバータに対応して設けられたPWM制御回路から出力されたPWM信号が出力される。このPWM信号は電源出力部30のPWM信号入力端T31を介してDC−DCコンバータに入力される。電源出力部30のDC−DCコンバータはPWM信号入力端T31に入力されたPWM信号のパルス幅に従い、例えば入力電圧を降圧したデバイス用の直流電圧を出力する。この直流電圧は負荷体となるデバイスに供給される。このときの電源出力部30の検出電流値と検出電圧値が電流値出力端T32、電圧値出力端T33を介して制御装置10の制御入力端T2b,T2cに入力(フィードバック)される。
制御装置10は、上記パラメータで設定した制御頻度に従う制御タイミングにおいて、上記フィードバックされた制御入力端T2b,T2cの値をもとに電源出力部30に供給するPWM信号のパルス幅を制御する(即ち電源出力部20のDC−DCコンバータにPWM信号を供給するPWM制御回路のパルス幅制御を行う)。
電源出力部40,50,60についても、それぞれの制御タイミングにおいて、上記した電源出力部30と同様のPWM制御が行われる。
上記した制御装置10による各電源出力部20,30,40,50,60に対しての制御において、制御装置10のパラメータ設定部Pに、図2に示すようにCPUに電力を供給する電源出力部20の制御頻度を、従属デバイスに電力を供給する電源出力部30,40,50,60の2倍の頻度で制御するパラメータが設定されていると、1制御周期において、電源出力部30(デバイス出力1),40(デバイス出力2),50(デバイス出力3),60(デバイス出力4)に対するパルス幅制御がそれぞれ1回ずつ行われる(ステップB,C,D,E,)のに対して、電源出力部20に対するパルス幅制御が2回行われる(ステップA1,A2)。
このように、高速応答が要求される(高速動作する)CPUの電源出力部(CPU1出力)20を他の電源出力部30,40,50,60に比べて頻繁に制御することで、電源出力部(CPU1出力)20は他の電源出力部30,40,50,60よりフィードバックループのクロスオーバ周波数が高域へ広がる。このため、制御装置10に高速DSP(又は高速プロセッサ)を用いることなく、低速DSPを用いた経済的に有利な構成で、高速な負荷急変に応答できるようになる。
上記した図2に示す実施形態では、多出力電源を2グループ(電源出力部(CPU1出力)20の組と、電源出力部30,40,50,60の組)・2レベル(電源出力部30,40,50,60の各1制御頻度に対して電源出力部20の2制御頻度)で制御を行ったが、これに限らず、3つ以上のグループに分けてそれぞれ異なる制御頻度で制御を行うことも可能である。例えば、A,B,Cと3つの出力電源があり、A、B、Cの順にフィードバックループのクロスオーバ周波数を高くする必要があるとき、A>B>Cの頻度で制御を行う。
上記したように、多出力電源において、高速な応答が要求される出力電源を他の出力電源に比べて頻繁に制御することで、フィードバックループのクロスオーバ周波数を低下させずに全ての出力電源を安定化制御することができる。特に、電源を高速にスイッチングさせる場合や、処理装置(DSPやマイコン等)の処理能力が相対的に低い場合に、本発明は有効である。
上記図1に示した多出力電源装置のより具体的な構成を図3に例示する。なお、図3において図1と同一部分には同一符号を付して、この部分の説明を省略する。
図3に示す多出力電源装置は、図1に示したように、制御装置10と、複数の電源出力部20,30,40,50,60とにより構成される。なお、図3では電源出力部40,50、および制御装置10に存在するパラメータ設定部Pを省略して示している。
制御装置10はDSPと、電源出力部20,30,…,60に対応した複数のPWM制御回路とを有して構成される。制御装置10には、DSPにより実現される演算部10Aと、電源出力部20,30,…,60に対応した複数のPWM制御回路11a,12a,…,15a、電流検出部11b,12b,…,15b、および電圧検出部11c,12c,…,15cが設けられる。
演算部10Aは、上述した制御頻度に基づいて、各電源出力部20,30,…,60のフィードバックループ毎に、電流検出部11b,12b,…,15b、および電圧検出部11c,12c,…,15cの値をもとに、PWM制御回路11a,12a,…,15aが出力するPWM信号のパルス幅を算出し、この値に基づいてPWM制御回路11a,12a,…,15aから出力されるPWM信号の出力パルス幅(オンデューティ)を制御する。
電源出力部20,30,…,60は、DC−DCコンバータと、電流および電圧検出器とにより構成される。DC−DCコンバータは、スイッチング部111、整流器112、コイル(インダクタ)113、コンデンサ114等により構成される。
DC−DCコンバータの出力電流路には電流検出器115が介在される。DC−DCコンバータの出力端には電圧検出器116が設けられる。
DC−DCコンバータは、メイン電源70を入力電源として、入力電源電圧を、例えば降圧し、電源出力端に出力する。
各制御ループに於ける、設定頻度に応じた各電源出力部20,30,40,50,60に対するパルス幅の制御については図1を参照して上述しているので、ここでは、説明を省略する。
上記した実施形態の多電源装置を用いた情報処理装置の要部のシステム構成を図4に示している。なお、図4において、図1と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
情報処理装置を構成するパーソナルコンピュータには、システム制御を司るCPU2と、上記CPU2の動作による制御の下に各紙の動作を行う、複数種のデバイス(DV#1,DV#2,…,DV#4)3,4,…,6が設けられる。このデバイスは、例えばグラフィックコントローラ、通信コントローラ、エンベデッドコントローラ、バスブリッジ、またはその他のシステムコンポーネントである。
さらに上記パーソナルコンピュータには、上記図1乃至図3に示した多出力電源装置(DSPを用いたデジタル電源装置)1が設けられる。多電源装置1は、図1および図3に示すように、制御装置10と、電源出力部20,30,40,50,60とを具備して構成される。電源出力部20の出力電力はCPU2に供給される。電源出力部30,40,50,60の出力電力は、上記各デバイス(DV#1,DV#2,…,DV#4)3,4,…,6に供給される。
多出力電源装置1は、高速応答が要求されるCPU2の電源出力部20に対して、他の電源出力部30,40,50,60に比べて2倍の頻度で頻繁にフィードバックループによるパルス幅の制御を行う。これによりCPU2に電源を供給する電源出力部20は他の電源出力部30,40,50,60よりフィードバックループのクロスオーバ周波数が高域へ広がり、低速DSPを用いて高速な負荷急変に応答できる多出力安定化電源が実現される。
上述した本発明の実施形態によれば、多出力電源に接続された個々の負荷体の特性に応じ個々の出力電源単位で制御の応答速度を適宜変えて設定できる。これにより、高速応答を必要とする負荷を含む複数の負荷に対して電源を共有する多出力電源において、高速プロセッサを必要とせずに、すべての負荷に安定した電力を供給できる。例えばパーソナルコンピュータなどに搭載される複数出力を持つDSP電源において、高速な応答が必要なCPUに動作用電力を供給する電源出力部については、その他の電源出力部より頻繁に制御することで、フィードバックループのクロスオーバ周波数を低下させずに、効率的に安定して制御することができる。特に、電源を高速にスイッチングさせる場合や、処理装置(DSP、マイクロプロセッサ等)の処理能力が相対的に低い場合に適用して好適である。
上記した実施形態は、本発明に係る多出力電源装置をパーソナルコンピュータに設けた構成を例示したが、パーソナルコンピュータにとどまらず、高速応答を必要とするコンポーネントと他のコンポーネントとが混在する各種の電子機器に適用可能である。
本発明の実施形態に係る多出力電源装置の構成を示すブロック図。 上記実施形態に係る多出力電源装置の制御頻度設定例を示す図。 上記実施形態に係る多出力電源装置の内部構成を示すブロック図。 上記実施形態に係る多出力電源装置を用いた情報処理装置の構成を示すブロック図。
符号の説明
1…多出力電源装置(DSPを用いたデジタル電源装置)、2,3,4,5,6…デバイス、10…制御装置、10A…演算部(DSP)、P…パラメータ設定部、11a,12a,…,15a…PWM制御回路、11b,12b,…,15b…電流検出部、11c,12c,…,15c…電圧検出部、12…、13…、14…、15…、16…、17…、18…、19…、20,30,40,50,60…電源出力部、111…スイッチング部、112…整流器、113…コイル(インダクタ)、114…コンデンサ、115…電流検出器、116…電圧検出器。

Claims (12)

  1. 第1のデバイスと、
    前記第1のデバイス動作させる電力を出力する第1のDC−DCコンバータと、
    前記第1のDC−DCコンバータをPWM制御する第1のPWM制御回路と、
    前記第1のデバイスと異なる第2のデバイスと、
    前記第2のデバイスを動作させる電力を出力する第2のDC−DCコンバータと、
    前記第2のDC−DCコンバータをPWM制御する第2のPWM制御回路と、
    前記第1のPWM制御回路に対する制御回数が前記第2のPWM制御回路に対する制御回数よりも多くなるように制御する制御手段と、
    を具備したことを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記制御手段は、前記第1のPWM制御回路および前記第2のPWM制御回路を所定の順序で制御することを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
  3. 前記制御手段は、前記第1のDC−DCコンバータから出力される出力電圧、出力電流をモニタリングし、前記モニタリングされた出力電圧および出力電流に基づいて前記第1のPWM制御回路から前記第1のDC−DCコンバータに出力されるPWM信号のパルス幅を設定することを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
  4. 複数のDC−DCコンバータと、
    前記複数のDC−DCコンバータにPWM信号を夫々供給する複数のPWM制御回路と、
    前記複数のPWM制御回路をグループ分けすることで定められたグループ毎に異なる頻度に基づいて、前記複数のPWM制御回路を制御する制御手段と、
    を具備することを特徴とする情報処理装置。
  5. 前記制御手段は、所定の順序で前記グループ毎に異なる頻度に基づいて、前記複数のPWM制御回路を制御することを特徴とする請求項4記載の情報処理装置。
  6. 前記制御手段は、前記複数のDC−DCコンバータから夫々出力される出力電圧、出力電流をモニタリングし、前記モニタリングされた出力電圧および出力電流に基づいて前記複数のPWM制御回路から前記複数のDC−DCコンバータに出力される夫々のPWM信号のパルス幅を設定することを特徴とする請求項4記載の情報処理装置。
  7. 前記制御手段は、パラメータに従い前記グループ毎に異なる頻度を決定する手段を具備することを特徴とする請求項4記載の情報処理装置。
  8. 前記制御手段は、前記複数のDC−DCコンバータをグループ分けすることで定められた第1のDC−DCコンバータ群にPWM信号を供給するPWM制御回路に対する制御回数が前記複数のDC−DCコンバータをグループ分けすることで定められた第2のDC−DCコンバータ群にPWM信号を供給するPWM制御回路に対する制御回数よりも多くなるように制御することを特徴とする請求項4記載の情報処理装置。
  9. 前記制御手段は、前記複数のDC−DCコンバータを第1のグループと第2のグループと第3のグループとに分け、前記第1のグループに属するDC−DCコンバータにPWM信号を供給するPWM制御回路を前記第2のグループに属するDC−DCコンバータにPWM信号を供給するPWM制御回路より短い周期で制御し、前記第2のグループに属するDC−DCコンバータにPWM信号を供給するPWM制御回路を前記第3のグループに属するDC−DCコンバータにPWM信号を供給するPWM制御回路より短い周期で制御することを特徴とする請求項4記載の情報処理装置。
  10. 第1のデバイス動作させる電力を出力する第1のDC−DCコンバータをPWM制御する第1のPWM制御回路および第2のデバイスを動作させる電力を出力する第2のDC−DCコンバータをPWM制御する第2のPWM制御回路を具備する情報処理装置の電源制御方法において、
    前記第1のPWM制御回路および前記第2のPWM制御回路の制御に要するパラメータを設定し、
    前記設定されたパラメータに基づいて、前記第1のPWM制御回路に対する制御回数が前記第2のPWM制御回路に対する制御回数よりも多くなるように制御することを特徴とする電源制御方法。
  11. 前記第1のPWM制御回路および前記第2のPWM制御回路を所定の順序で制御することを特徴とする請求項10記載の電源制御方法。
  12. 前記第1のDC−DCコンバータから出力される出力電圧、出力電流をモニタリングし、前記モニタリングされた出力電圧および出力電流に基づいて前記第1のPWM制御回路から前記第1のDC−DCコンバータに出力されるPWM信号のパルス幅を設定することを特徴とする請求項10記載の電源制御方法。
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