JP2010011567A

JP2010011567A - 電源装置及び電源装置の制御方法

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Publication number: JP2010011567A
Application number: JP2008165374A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Maekawa; 峻徳前川
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP5226399B2

Abstract

【課題】複数のスイッチング電源を並列接続して負荷に供給するようにした電源装置で、負荷電流を検出することなく、ドループ特性を実現できると共に、定常状態を保ったまま、出力電圧を変化させることができるようにする。
【解決手段】減算器５３で偏差（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）を算出し、偏差Ｅ［ｎ］に基づいて操作量修正量算出部５４で、操作量の修正量ΔＵを算出し、ドループ操作量演算部５６で前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐを演算し、操作量の修正量ΔＵと、ドループ操作量算出関数Ｐが演算された前回の操作量Ｐ×Ｕ［ｎ−１］とを加算器５５で加算することで、電流値を検出することなく、安定状態を保ったまま、負荷電流の増大に伴って出力電圧を低下させるようなドループ特性を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のスイッチング電源を並列に接続した構成の電源装置及び電源装置の制御方法に関する。

複数のスイッチング電源を並列に接続した構成の電源装置においては、例えば特許文献１に示されるように、負荷電流が増大すると出力電圧を低下させるようなドループ特性を持たせて、並列に接続された複数のスイッチング電源で電流を分担させることが行われている。

すなわち、図６は、複数のスイッチング電源を並列に接続した構成の従来の電源装置である。図６において、各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる２つのスイッチング素子１１１及び１１２と、インダクタ１１３と、コンデンサ１１４、１１５と、ディジタル制御回路１１６と、ドライバ１１７とから構成される。

電源入力端子１２１及び１２２には、直流電源１２０が接続される。電源入力端子１２１は、電源ライン１２３、スイッチング素子１１１、電源ライン１２４、インダクタ１１３、電源ライン１２５を通じて、電源出力端子１２７に接続される。電源入力端子１２２は、電源ライン１２６を通じて、電源出力端子１２８に接続される。電源ライン１２３と電源ライン１２６との間に、コンデンサ１１４が接続される。電源ライン１２４と電源ライン１２６との間に、スイッチング素子１１２が接続される。電源ライン１２５と電源ライン１２６との間に、コンデンサ１１５が接続される。

各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂの出力電圧は、ディジタル制御回路１１６に送られる。ディジタル制御回路１１６で、出力電圧と基準電圧との偏差に基づいた操作量（デューティ比）で、スイッチング素子１１１及び１１２を駆動するための駆動パルスが形成される。

ディジタル制御回路１１６からの駆動パルスは、ドライバ１１７を介して、スイッチング素子１１１及び１１２のゲートに供給される。これにより、所望の出力電圧の電源出力が電源出力端子１２７及び１２８から得られる。

各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂの電源出力端子１２７及び１２８は、並列に接続される。この並列接続された各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂに対して、負荷１３０が接続され、負荷１３０に対して、各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂから電力が供給される。

この場合、スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂの特性のバラツキにより、スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂのうちの一方の出力電圧が高くなると、負荷電流は、出力電圧の高いスイッチング電源からの電流に偏ってしまう。例えば、スイッチング電源１０１ａの出力電圧がスイッチング電源１０１ｂの出力電圧より高くなると、負荷１３０に流れる電流は、殆ど、スイッチング電源１０１ａからの電流が集中する。

そこで、スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂには、負荷電流を検出し、負荷電流が増大すると出力電圧を下降させるようなドループ特性を持たせるようにしている。つまり、各スイッチング電源１０１ａ、１０１ｂに、負荷電流検出回路１４０が設けられる。負荷電流の検出値は、ディジタル制御回路１１６に送られる。ディジタル制御回路１１６は、この負荷電流の検出値が大きくなると、出力電圧が下がるように制御して、ドループ特性を実現する。

例えば、スイッチング電源１０１ａの出力電圧がスイッチング電源１０１ｂの出力電圧より高い場合には、ドループ特性の制御により、スイッチング電源１０１ａの出力電圧が下げられる。スイッチング電源１０１ａの出力電圧が下がれば、スイッチング電源１０１ａからの負荷電流が減少し、スイッチング電源１０１ｂからの負荷電流が増加する。このようにして、並列に接続された複数のスイッチング電源１０１ａ、１０１ｂで、負荷に供給される電流が分担される。

図７は、ドループ特性を実現するための従来のディジタル制御回路１１６の動作を示す機能ブロック図である。図７において、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧サンプリング部１５１でサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換される。この出力電圧Ｖｏｕｔが減算器１５２に供給される。

また、負荷電流検出回路１４０からの負荷電流Ｉｏｕｔが負荷電流サンプリング部１５３で検出される。この負荷電流Ｉｏｕｔの検出値が基準電圧演算部１５４に供給される。基準電圧演算部１５４で、負荷電流Ｉｏｕｔに応じて、基準電圧が演算される。基準電圧演算部１５４で演算された電圧に基づいて、基準電圧発生部１５５から、基準電圧Ｖｒｅｆが生成される。この基準電圧Ｖｒｅｆが減算器１５２に供給される。

減算器１５２により、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）が求められる。この偏差Ｅ［ｎ］が操作量演算部１５６に供給される。操作量演算部１５６で、偏差Ｅ［ｎ］に応じて、操作量（デューティ比）が演算される。この操作量がドライバ１１７に供給され、この操作量に基づく駆動パルスがスイッチング素子１１１及び１１２に駆動パルスが供給される。

負荷電流Ｉｏｕｔが大きくなると、負荷電流サンプリング部１５３で検出される負荷電流Ｉｏｕｔの検出値が大きくなる。負荷電流Ｉｏｕｔの検出値が大きくなると、基準電圧発生部１５５からの基準電圧Ｖｒｅｆの設定値が下げられる。減算器１５２で、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］が求められ、この偏差Ｅ［ｎ］がゼロになるように、操作量演算部１５６で、操作量が演算される。このため、負荷電流サンプリング部１５３で検出される負荷電流Ｉｏｕｔの検出値が大きくなり、基準電圧発生部１５５からの基準電圧Ｖｒｅｆの設定値が下げられると、これに応じて、出力電圧が下げられ、ドループ特性が実現される。

図８は、上述の従来のディジタル制御回路１１６の動作をフローチャートで示したものである。図８において、ステップＳ１０１で負荷電流Ｉｏｕｔの検出が行われる。ステップＳ１０２で、負荷電流Ｉｏｕｔの検出値に基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆの修正が行われる。ステップＳ１０３で、出力電圧が検出され、ステップＳ１０４で、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）の算出が行われる。ステップＳ１０５で、偏差Ｅ［ｎ］に基づいて、操作量が算出され、ステップＳ１０６で、操作量の更新が行われる。
特開２００４−３０４９６０号公報

このように、複数のスイッチング電源１０１ａ、１０１ｂを並列接続した従来の電源装置においては、負荷電流Ｉｏｕｔを検出し、負荷電流Ｉｏｕｔが増大すると、出力電圧Ｖｏｕｔが低下するように、基準電圧Ｖｒｅｆを変化させるようにして、ドループ特性を実現している。

しかしながら、このような従来の電源装置においては、負荷電流を検出する必要のない電源でも、電流検出回路１４０を付加する必要がある。また、このような従来の電源装置では、電流検出回路１４０の精度が重要になる。検出電流のバラつきが存在すると、負荷電流によって出力電圧が決定される関係上、出力電圧の安定性にも係わってくるためである。

上述の課題を鑑み、本発明は、複数のスイッチング電源を並列接続して負荷に供給するようにした電源装置で、負荷電流を検出することなく、ドループ特性を実現できると共に、定常状態を保ったまま、出力電圧を変化させることができる電源装置及び電源装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、複数のスイッチング電源を並列接続し、前記並列接続された複数のスイッチング電源からの電力を負荷に供給するようにした電源装置において、基準電圧と出力電圧との偏差を算出する手段と、前記偏差に応じてスイッチング素子の操作量の修正量を算出する手段と、前記操作量の修正量から演算によりドループ特性を実現する手段と、
を有することを特徴とする電源装置を提案している。

この発明によれば、基準電圧と出力電圧との偏差を算出し、偏差に応じてスイッチング素子の操作量の修正量を算出し、操作量の修正量からドループ特性を実現することで、電流値を検出することなく、安定状態を保ったまま、負荷電流の増大に伴って出力電圧を低下させるようなドループ特性を実現できる。

（２）本発明は、（１）の電源装置について、前記ドループ特性を実現する手段は、前回の操作量に対してドループ操作量算出関数を演算する手段と、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算する手段と、を有することを特徴とする電源装置を提案している。

この発明によれば、前回の操作量にドループ操作量算出関数を演算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量との和により操作量を更新している。これにより、操作量の修正量と前回の操作量との和が変化せず、定常状態は保ったまま、出力電圧を変化させることができる。

（３）本発明は、（１）の電源装置について、前記ドループ特性を実現する手段は、今回の操作量に対してドループ操作量算出関数を演算する手段と、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算する手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置を提案している。

この発明によれば、今回の操作量にドループ操作量算出関数を演算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量との和により操作量を更新している。これにより、定常状態は保ったまま、出力電圧を変化させることができる。

（４）本発明は、複数のスイッチング電源を並列接続し、前記並列接続された複数のスイッチング電源からの電力を負荷に供給するようにした電源装置の制御方法において、基準電圧と出力電圧との偏差を算出する第１のステップと、前記偏差に応じてスイッチング素子の操作量の修正量を算出する第２のステップと、前記操作量の修正量からドループ特性を演算により実現する第３のステップと、を含むことを特徴とする電源装置の制御方法を提案している。

（５）本発明は、（４）の電源装置の制御方法について、前記第３のステップは、前回の操作量にドループ操作量算出関数を演算する第４のステップと、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算する第５のステップと、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算して操作量を更新する第６のステップと、を含むことを特徴とする電源装置の制御方法を提案している。

（６）本発明は、（４）の電源装置の制御方法について、前記第３のステップは、今回の操作量にドループ操作量算出関数を演算する第７のステップと、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算する第８のステップと、前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算して操作量を更新する第９のステップと、を含むことを特徴とする電源装置の制御方法を提案している。

この発明によれば、今回の操作量にドループ操作量算出関数を演算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量との和により操作量を更新している。これにより、操作量の修正量と前回の操作量との和が変化せず、定常状態は保ったまま、出力電圧を変化させることができる。

本発明によれば、操作量の修正量を算出し、操作量にドループ操作量算出関数を演算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した操作量とを加算することで、電流値を検出することなく、安定状態を保ったまま、負荷電流の増大に伴って出力電圧を低下させるようなドループ特性を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態を示すものである。
この実施形態では、２つのスイッチング電源１ａ、１ｂを並列に接続して、負荷３０に電力を供給するようにした電源装置である。なお、ここでは、２つのスイッチング電源１ａ、１ｂを並列に接続しているが、並列接続するスイッチング電源の数はこれに限定されるものではなく、任意の数のスイッチング電源を並列接続した場合も同様である。

図１において、各スイッチング電源１ａ、１ｂは、ＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチング素子１１及び１２と、インダクタ１３と、コンデンサ１４、１５と、ディジタル制御回路１６と、ドライバ１７とから構成される。

電源入力端子２１及び２２には、直流電源２０が接続される。電源入力端子２１は、電源ライン２３、スイッチング素子１１、電源ライン２４、インダクタ１３、電源ライン２５を通じて、電源出力端子２７に接続される。

電源入力端子２２は、電源ライン２６を通じて、電源出力端子２８に接続される。電源ライン２３と電源ライン２６との間に、コンデンサ１４が接続される。電源ライン２４と電源ライン２６との間に、スイッチング素子１２が接続される。電源ライン２５と電源ライン２６との間に、コンデンサ１５が接続される。

スイッチング電源１ａ、１ｂの出力電圧は、ディジタル制御回路１６に送られる。ディジタル制御回路１６で、出力電圧と基準電圧との偏差に基づいた操作量（デューティ比）で、スイッチング素子１１及び１２を駆動するための駆動パルスが形成される。

ディジタル制御回路１６からの駆動パルスは、ドライバ１７を介して、スイッチング素子１１及び１２のゲートに供給される。これにより、所望の出力電圧の電源出力が電源出力端子２７及び２８から得られる。

各スイッチング電源１ａ、１ｂの電源出力端子２７及び２８は、並列に接続される。この並列接続された各スイッチング電源１ａ、１ｂに対して、負荷３０が接続され、負荷３０に対して、各スイッチング電源１ａ、１ｂから電力が供給される。

また、ディジタル制御回路１６では、負荷電流が大きくなると、出力電圧を下げるようなドループ特性が実現される。本発明の第１の実施形態においては、操作量の修正量と前回の操作量とからドループ特性を演算により求めて、ドループ特性を実現している。このドループ特性により、並列に接続された複数のスイッチング電源１ａ、１ｂで、電流が分担される。

このとき、本発明の第１の実施形態では、前回の操作量に対してドループ操作量算出関数を演算し、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算し、その和が変化しないようにしてドループ特性を実現し、定常状態を保つようにしている。これにより、負荷電流を検出する回路が不要になる。また、ドループ操作量算出関数を演算する際に、前回の操作量に対してドループ操作量算出関数として乗算する係数を変更するだけで、ドループ機能の追加による演算時間の増加がないようにしている。

次に、本発明の第１の実施形態におけるディジタル制御回路１６について説明する。図２は、ディジタル制御回路１６の構成を示す機能ブロック図である。図２において、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧サンプリング部５１でサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換される。また、基準電圧発生部５２からは、基準電圧Ｖｒｅｆが生成される。減算器５３により、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）が求められる。

減算器５３で求められた偏差Ｅ［ｎ］は、操作量修正量算出部５４に送られる。操作量修正量算出部５４は、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］に基づいて、操作量の修正量ΔＵを算出する。この操作量の修正量ΔＵは、加算器５５に送られる。

ドループ操作量演算部５６は、安定状態を保ったまま、ドループ特性を持たせるために、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐを演算するものである。ドループ操作量演算部５６で、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐが演算され、このドループ操作量算出関数Ｐが演算された前回の操作量Ｕ［ｎ−１］が加算器５５に送られる。

操作量修正量算出部５４からの操作量の修正量ΔＵと、ドループ操作量演算部５６からのドループ操作量算出関数Ｐが演算された前回の操作量（Ｐ×Ｕ［ｎ−１］）とが加算器５５で加算される。この加算器５５の出力が駆動パルスとしてドライバ１７を介してスイッチング素子１１及び１２のゲートに供給される。

このように、本発明の第１の実施形態では、操作量修正量算出部５４で、操作量の修正量ΔＵを算出し、ドループ操作量演算部５６で前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐを演算し、操作量の修正量ΔＵと、ドループ操作量算出関数Ｐを演算した前回の操作量（Ｐ×Ｕ［ｎ−１］）とを加算器５５で加算することで、安定状態を保ったまま、ドループ特性を実現している。このようにして、ドループ特性が得られることについて、以下に説明する。

一般的に、ディジタル制御において、操作量は、新たに得られた偏差から修正量を算出し、前回の操作量に加算することで決定される。つまり、前回の操作量をＵ［ｎ−１］、前回の偏差をＥ［ｎ−１］、今回の偏差をＥ［ｎ］とすると、今回の操作量Ｕ［ｎ］は、前回の操作量をＵ［ｎ−１］に、修正量（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）を加算して、以下のようにして求められる。
Ｕ［ｎ］＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］＋Ｕ［ｎ−１］ …（１）
なお、Ｋ_０は比例要素、Ｋ_１は積分要素である。

定常状態においては、修正量はゼロとなり、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］と更新された今回の操作量Ｕ［ｎ］は同じ値になる。すなわち、（１）式において、修正量を示す部分（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）がゼロとなるため、
Ｕ［ｎ］＝Ｕ［ｎ−１］ …（２）
となる。

ドループ特性は、負荷電流が大きくなったら、出力電圧を下げるように変化させるものである。このような制御を行うために、前回の操作量をＵ［ｎ−１］に応じて、基準電圧Ｖｒｅｆを動かすことが考えられる。しかしながら、基準電圧Ｖｒｅｆを動かせば、偏差（Ｅ［ｎ］＝Ｖｏｕｔ−Ｖｒｅｆ）が変化することになり、修正量を示す部分（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）がゼロとならなくなり、定常状態を保てなくなる。

定常状態において操作量の修正量がゼロになる理由は、（１）式において、基準電圧と出力電圧との偏差（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）がゼロになるためである。偏差Ｅ［ｎ］は、負荷電流に関係なくゼロに収束する。よって、出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆに近づいていくことになり、定常状態を保ったまま、偏差Ｅ［ｎ］を変化させて、出力電圧Ｖｏｕｔを変化させていくような制御はできないことになる。

これに対して、この実施形態では、操作量の修正量と対応するように、前回の操作量に修正を加えることで、定常状態を保ったまま、操作量の修正量を変化させ、ドループ特性を実現している。

つまり、前述の説明では、操作量が安定する条件は、操作量の修正量（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）がゼロの場合と述べたが、これは、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］と今回の操作量Ｕ［ｎ］とが等しくなって安定した定常状態となった場合である。

しかしながら、（１）式より、操作量の修正量（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）と、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］との和
Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］＋Ｕ［ｎ−１］
が一定の場合にも、更新された今回の操作量Ｕ［ｎ］は一定になり、定常状態を保つことができる。

つまり、修正量（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）を変化させても、これを補償するように、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］を変化させ、修正量と前回の操作量との和が変化しないようにすれば、定常状態は保つことができる。

この実施形態では、以下の（３）式のように、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］に対してドループ操作量算出関数Ｐを用いた演算を行い、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数Ｐを用いた演算を行った前回の操作量とを加算し、その和が変化しないようにして、定常状態を保つようにしている。ドループ操作量算出関数は、ドループ特性を実現するために前回の操作量に対して演算を行うための関数である。
Ｕ［ｎ］＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］＋Ｐ×Ｕ［ｎ−１］ …（３）

つまり、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］に、例えば０．９などの係数Ｐを乗算する。この場合、これによって、０．１の分だけ定常的に修正量が存在することになり、偏差Ｅ［ｎ］をその分だけ変化させていくような制御が可能になる。

ドループ特性を持たせるためには、負荷電流によって、上記の偏差Ｅ［ｎ］の値は変化しなければならないが、この問題も、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐを演算することによって解決している。

つまり、制御時において操作量は負荷の変動に合わせて逐次更新される。例えばバックコンバータの場合、負荷が軽いとき操作量は小さく、負荷が重くなったら操作量は大きくなる。即ち、前回の操作量にドループ操作量算出関数Ｐとして係数を乗じた場合、相対的には修正量と前回の操作量との比率は変わらないが、絶対的には修正量の値、即ち偏差は変わる。この特性によって負荷電流を検出せずにドループ特性を持たせることが可能となる。

図２に示す機能ブロック図においては、減算器５３で、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）が求められ、操作量修正量算出部５４で、偏差Ｅ［ｎ］に基づいて、以下の式のように、操作量の修正量ΔＵが算出される。
ΔＵ＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］

また、ドループ操作量演算部５６で、以下の式のように、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］にドループ操作量算出関数Ｐが演算される。
Ｐ×Ｕ［ｎ−１］

そして、加算器５５で、以下の式のように、操作量修正量算出部５４からの操作量の修正量ΔＵ（ΔＵ＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）と、ドループ操作量演算部５６からのドループ操作量算出関数Ｐが演算された前回の操作量Ｐ×Ｕ［ｎ−１］とが加算される。
Ｕ［ｎ］＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］＋Ｐ×Ｕ［ｎ−１］

これにより、前述の（３）式で示したように、定常状態を保ったまま、ドループ特性が得られることになる。

図３は、本発明の第１の実施形態の動作をフローチャートで示したものである。
図３において、ステップＳ１で出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、ステップＳ２で、基準電圧と出力電圧との偏差（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）の算出が行われる。ステップＳ３で、操作量の修正量ΔＵが算出される。操作量の修正量ΔＵは、（３）式における（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）の部分である。

ステップＳ４で、ドループ操作量が算出される。ドループ操作量は、（３）式におけるドループ操作量算出関数Ｐを演算した前回の操作量Ｕ［ｎ−１］の部分（Ｐ×Ｕ［ｎ−１］）である。ステップＳ５で、（３）式に基づいて、操作量の修正量（Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］）と、ドループ操作量算出関数Ｐを演算した前回の操作量（Ｐ×Ｕ［ｎ−１］）との和により、操作量が算出される。ステップＳ６で、これに基づいて、操作量の更新が行われる。

図４は、本発明の上述の第１の実施形態のように、操作量の修正量と、ドループ操作量算出関数Ｐとして１以下の係数を乗じた前回の操作量Ｕ［ｎ−１］との和から演算によりドループ特性を実現した場合（曲線Ａ１で示す）と、従来の負荷電流の電流値を検出して基準電圧を変更してドループ特性を実現した場合（曲線Ｂ１で示す）とを比較したものである。

図４において、横軸は負荷電流、縦軸は出力電圧を示している。
図４に示すように、本発明の第１の実施形態では、操作量の修正量と、１以下の係数Ｐを乗じた前回の操作量Ｕ［ｎ−１］との和から演算によりドループ特性を実現したため、曲線Ａ１で示すように、定常状態が保たれ、安定したドループ特性が実現できる。これに対して、従来では、基準電圧を変更することにより定常状態が保たれなくなり、曲線Ｂ１で示すように、ドループ特性が不安定になる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態を示すものである。
上述の第１実施形態では、前回の操作量Ｕ［ｎ−１］に、ドループ操作量算出関数Ｐを乗じて、定常状態を保つようにしている。これに対して、第２の実施形態では、今回の操作量Ｕ［ｎ］にドループ操作量算出関数Ｐを乗じて、定常状態を保つようにしている。

図５に示す第２の実施形態においては、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧サンプリング部６１でサンプリングされ、減算器６３で、基準電圧発生器６２からの基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差Ｅ［ｎ］（Ｅ［ｎ］＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）が求められる。

操作量修正量算出部６４で、偏差Ｅ［ｎ］に基づいて、以下の式のように、操作量の修正量ΔＵが算出される。
ΔＵ＝Ｋ_０×Ｅ［ｎ］＋Ｋ_１×Ｅ［ｎ−１］

また、ドループ操作量演算部６６で、今回の操作量Ｕ［ｎ］に、ドループ操作量算出関数Ｐが乗じられる。
Ｐ×Ｕ［ｎ］

そして、加算器６５で、ドループ操作量算出部６６からの、ドループ操作量算出関数Ｐが乗じられた今回の操作量（Ｐ×Ｕ［ｎ］）と操作量修正量算出部６４からの操作量の修正量ΔＵとが加算される。

尚、上述の実施形態では、操作量に応じてスイッチング素子のデューティ比を制御しているが、本発明は、このような制御に限定されるものではない。負荷によって操作量を変更するものには全て有効である。例えば、周波数制御においても負荷によって操作量を変更するので同様に適用できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明の第１の実施形態の電源装置のブロック図である。本発明の第１の実施形態の電源装置におけるディジタル制御回路の説明に用いる機能ブロック図である。本発明の第１の実施形態の電源装置におけるドループ制御の説明に用いるフローチャートである。本発明の第１の実施形態の電源装置のドループ特性と従来の電源装置のドループ特性との比較に用いるグラフである。本発明の第２の実施形態の電源装置におけるディジタル制御回路の説明に用いる機能ブロック図である。従来の電源装置のブロック図である。従来の電源装置におけるディジタル制御回路の説明に用いる機能ブロック図である。従来の電源装置におけるドループ制御の説明に用いるフローチャートである。

符号の説明

１ａ、１ｂ；スイッチング電源
１１，１２：スイッチング素子
１３：インダクタ
１４、１５：コンデンサ
１６：ディジタル制御回路
１７：ドライバ
３０：負荷
５１：出力電圧サンプリング部
５２：基準電圧発生部
５３：減算器
５４：操作量修正量算出部
５５：加算器
５６：ドループ操作量演算部
６１：出力電圧サンプリング部
６２：基準電圧発生部
６３：減算器
６４：操作量修正量算出部
６５：加算器
６６：ドループ操作量演算部

Claims

複数のスイッチング電源を並列接続し、前記並列接続された複数のスイッチング電源からの電力を負荷に供給するようにした電源装置において、
基準電圧と出力電圧との偏差を算出する手段と、
前記偏差に応じてスイッチング素子の操作量の修正量を算出する手段と、
前記操作量の修正量から演算によりドループ特性を実現する手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
前記ドループ特性を実現する手段は、
前回の操作量に対してドループ操作量算出関数を演算する手段と、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算する手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記ドループ特性を実現する手段は、
今回の操作量に対してドループ操作量算出関数を演算する手段と、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算する手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
複数のスイッチング電源を並列接続し、前記並列接続された複数のスイッチング電源からの電力を負荷に供給するようにした電源装置の制御方法において、
基準電圧と出力電圧との偏差を算出する第１のステップと、
前記偏差に応じてスイッチング素子の操作量の修正量を算出する第２のステップと、
前記操作量の修正量からドループ特性を演算により実現する第３のステップと、
を含むことを特徴とする電源装置の制御方法。
前記第３のステップは、
前回の操作量にドループ操作量算出関数を演算する第４のステップと、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算する第５のステップと、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した前回の操作量とを加算して操作量を更新する第６のステップと、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の電源装置の制御方法。
前記第３のステップは、
今回の操作量にドループ操作量算出関数を演算する第７のステップと、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算する第８のステップと、
前記操作量の修正量と、前記ドループ操作量算出関数を演算した今回の操作量とを加算して操作量を更新する第９のステップと、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の電源装置の制御方法。