JP2011188549A - Power unit, and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置およびその制御方法に係り、特に、複数の電源ユニットによって負荷に電源供給を行う電源装置およびその制御方法に係る。 The present invention relates to a power supply device and a control method thereof, and more particularly to a power supply device that supplies power to a load by a plurality of power supply units and a control method thereof.
従来、電源装置として、変換効率を向上させるために、オン状態とオフ状態とに状態を切り替え可能な電源ユニットを複数備える電源装置が知られている。例えば、特許文献1には、電源出力電圧を一定に制御するシリーズレギュレータおよびスイッチングレギュレータを備え、負荷電流が少ないときにシリーズレギュレータを選択的に動作させ、負荷電流が多いときにスイッチングレギュレータを選択的に動作させるようにする電源システムが記載されている。 Conventionally, as a power supply device, a power supply device including a plurality of power supply units that can be switched between an on state and an off state in order to improve conversion efficiency is known. For example, Patent Document 1 includes a series regulator and a switching regulator that control the power supply output voltage to a constant level. The series regulator is selectively operated when the load current is small, and the switching regulator is selectively selected when the load current is large. A power supply system to be operated is described.
また、特許文献2には、交流電源からの電力を直流電力に変換して出力し且つオン状態とオフ状態とに状態を切り替え可能な電源ユニットを複数備える。各電源ユニットは、その電源ユニットの出力電力を生成するために消費される電力に対するその出力電力の比である電源効率の、その電源ユニットの出力電力に対する特性が異なる複数の駆動モードのいずれか1つの駆動モードにより駆動されるように構成される電源装置が記載されている。この電源装置において、電源ユニットは、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換器と電池とを備えるとともに、第1の駆動モードにおいて交流直流変換器から出力された電力を出力するように構成され、且つ、第2の駆動モードにおいて電池から放電された電力を出力するように構成される。 Further, Patent Document 2 includes a plurality of power supply units that convert electric power from an AC power source into DC electric power and output it, and that can be switched between an on state and an off state. Each power supply unit is one of a plurality of drive modes having different characteristics of the power supply efficiency, which is the ratio of the output power to the power consumed to generate the output power of the power supply unit, with respect to the output power of the power supply unit. A power supply configured to be driven by two drive modes is described. In this power supply device, the power supply unit includes an AC / DC converter that converts input AC power into DC power and outputs the battery, and also outputs power output from the AC / DC converter in the first drive mode. It is comprised so that it may output, and it is comprised so that the electric power discharged from the battery in the 2nd drive mode may be output.
以下の分析は本発明において与えられる。 The following analysis is given in the present invention.
CPU(Central Processing Unit)、NPU(Network Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などのデバイスにおいて、消費電力を低減するために、低電圧化・大電流化が進んでいる。このようなデバイスに大電流による電源供給を行う方法として、DC/DCコンバータを複数個使用して並列運転を行う方法が知られている。DC/DCコンバータを複数個使用する理由としては、DC/DCコンバータは、内部の使用部品により出力できる電流値に制限があるため、1つのDC/DCコンバータではデバイスが要求する電流を生成することができないからである。 In devices such as a CPU (Central Processing Unit), an NPU (Network Processing Unit), and an FPGA (Field Programmable Gate Array), a reduction in voltage and an increase in current are progressing. As a method of supplying power to such a device with a large current, a method of performing a parallel operation using a plurality of DC / DC converters is known. The reason why a plurality of DC / DC converters are used is that a DC / DC converter generates a current required by the device in one DC / DC converter because there is a limit to the current value that can be output by the internal components used. It is because it is not possible.
ところで、DC/DCコンバータは、図6に示すように負荷が小さい(軽い)場合には変換効率が悪いという特性を持つ。このため、負荷が小さい場合に複数個のDC/DCコンバータを並列動作させた場合には変換効率が非常に悪くなり、電源装置で多くの電力を浪費してしまう。一方、並列動作によって使用されるDC/DCコンバータの個数は、デバイスの最大負荷に対応できる個数として選定されるが、デバイスにおいて最大負荷になる状態は非常に少なく、定常時では1つのDC/DCコンバータでも供給できる場合が多い。 Incidentally, the DC / DC converter has a characteristic that the conversion efficiency is poor when the load is small (light) as shown in FIG. For this reason, when a plurality of DC / DC converters are operated in parallel when the load is small, the conversion efficiency is very poor, and a large amount of power is wasted in the power supply device. On the other hand, the number of DC / DC converters used in parallel operation is selected as the number that can correspond to the maximum load of the device, but the state where the maximum load is reached in the device is very small, and one DC / DC in the steady state. In many cases, it can be supplied by a converter.
しかしながら、特許文献1の電源システムでは、負荷電流が少ないときにシリーズレギュレータが動作してしまうため、充分な変換効率が得られない。また、特許文献2の電源装置では、負荷電流が少ないときに電池から放電された電力を出力するので、DC/DCコンバータのみを用いる電源装置には適用することができない。 However, in the power supply system of Patent Document 1, since the series regulator operates when the load current is small, sufficient conversion efficiency cannot be obtained. Moreover, since the power discharged from the battery is output when the load current is small, the power supply of Patent Document 2 cannot be applied to a power supply using only a DC / DC converter.
したがって、本発明の目的は、DC/DCコンバータを複数個使用した電源装置において、負荷電流が少ないときに変換効率を向上する電源装置及びその制御方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply apparatus using a plurality of DC / DC converters, and a power supply apparatus that improves conversion efficiency when the load current is small, and a control method therefor.
本発明の1つのアスペクト(側面)に係る電源装置は、電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のDC/DCコンバータを備え、一部のDC/DCコンバータは、負荷に供給する電流(負荷電流という)が所定の値より小さい場合に他のDC/DCコンバータを非活性化するように制御する。 A power supply device according to one aspect of the present invention includes a plurality of DC / DC converters that can operate in parallel to convert a power supply voltage and supply the same voltage to a load, and some DC / DC converters include: When the current supplied to the load (referred to as load current) is smaller than a predetermined value, the other DC / DC converter is controlled to be deactivated.
本発明の他のアスペクト(側面)に係る電源装置の制御方法は、電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のDC/DCコンバータを備える電源装置の制御方法であって、一部のDC/DCコンバータは、負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に他のDC/DCコンバータを非活性化するように制御する。 A control method for a power supply device according to another aspect of the present invention is a control method for a power supply device including a plurality of DC / DC converters capable of operating in parallel to convert a power supply voltage and supply the same voltage to a load. Some DC / DC converters are controlled so as to deactivate other DC / DC converters when the current supplied to the load is smaller than a predetermined value.
本発明によれば、負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に一部のDC/DCコンバータのみによって負荷に電源供給を行うので、電源装置における変換効率を向上させることができる。 According to the present invention, when the current supplied to the load is smaller than a predetermined value, the power is supplied to the load by only a part of the DC / DC converter, so that the conversion efficiency in the power supply device can be improved.
本発明の実施形態に係る電源装置は、電源電圧(図1のVPに相当)を変換して負荷(図1の15aに相当)に同一電圧(図1のVLaに相当)を供給する並列動作可能な複数のDC/DCコンバータを備え、一部のDC/DCコンバータ(図1の11aに相当)は、負荷に供給する電流(負荷電流という)が所定の値より小さい場合に他のDC/DCコンバータ(図1の11bに相当)を非活性化するように制御する。 The power supply apparatus according to the embodiment of the present invention converts a power supply voltage (corresponding to VP in FIG. 1) and supplies the same voltage (corresponding to VLa in FIG. 1) to a load (corresponding to 15a in FIG. 1). A plurality of possible DC / DC converters, and some DC / DC converters (corresponding to 11a in FIG. 1) have other DC / DC converters when the current supplied to the load (referred to as load current) is smaller than a predetermined value. The DC converter (corresponding to 11b in FIG. 1) is controlled to be deactivated.
電源装置において、DC/DCコンバータは、パルス幅変調に基づいて動作し、一部のDC/DCコンバータは、パルス幅変調におけるパルス幅を監視するパルス監視機能部(図2の23)を備え、パルス監視機能部は、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が所定の幅より狭い場合に他のDC/DCコンバータを非活性化する制御信号(図2のSca)を他のDC/DCコンバータに出力するようにしてもよい。 In the power supply apparatus, the DC / DC converter operates based on pulse width modulation, and some DC / DC converters include a pulse monitoring function unit (23 in FIG. 2) that monitors the pulse width in the pulse width modulation. The pulse monitoring function unit outputs a control signal (Sca in FIG. 2) for inactivating another DC / DC converter when the pulse width corresponding to the load current supply period is narrower than a predetermined width. May be output.
電源装置において、パルス監視機能部は、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が第1の時間幅より狭い場合に他のDC/DCコンバータを非活性化とし、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が、第1の時間幅より広い第2の時間幅よりさらに広い場合に他のDC/DCコンバータを活性化とする制御信号を他のDC/DCコンバータに出力するようにしてもよい。 In the power supply device, the pulse monitoring function unit deactivates the other DC / DC converter when the pulse width corresponding to the load current supply period is narrower than the first time width, and corresponds to the load current supply period. When the pulse width is wider than the second time width wider than the first time width, a control signal for activating another DC / DC converter may be output to the other DC / DC converter.
電源装置において、最大の負荷電流の1/2に対応するパルス幅が第1および第2の時間幅の間に存在するようにしてもよい。 In the power supply device, a pulse width corresponding to 1/2 of the maximum load current may exist between the first and second time widths.
電源装置において、電源電圧を変換して別の負荷(図5の15bに相当)に同一電圧(図5のVLbに相当)を供給する別のDC/DCコンバータ(図5の11cに相当)を備え、別のDC/DCコンバータは、別の負荷に流れる電流が所定の値より大きい場合に他のDC/DCコンバータ(図5の11bに相当)を別の負荷に対し電源供給可能なように制御するようにしてもよい。 In the power supply device, another DC / DC converter (corresponding to 11c in FIG. 5) that converts the power supply voltage and supplies the same voltage (corresponding to VLb in FIG. 5) to another load (corresponding to 15b in FIG. 5). The other DC / DC converter can supply another DC / DC converter (corresponding to 11b in FIG. 5) to another load when the current flowing to the other load is larger than a predetermined value. You may make it control.
以上のような電源装置によれば、負荷回路における電流が小さい(負荷が軽い)ときに、すなわち負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に、他のDC/DCコンバータを非活性化とすることで、電源装置全体の変換効率を向上させ、電源装置における消費電力を低減することができる。したがって、電源装置における余分な熱の発生を抑えることができる。 According to the power supply device as described above, when the current in the load circuit is small (the load is light), that is, when the current supplied to the load is smaller than a predetermined value, the other DC / DC converter is deactivated. By doing so, the conversion efficiency of the whole power supply device can be improved, and the power consumption in the power supply device can be reduced. Therefore, generation of excess heat in the power supply device can be suppressed.
図1は、本発明の第1の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図1において、電源装置10は、DC/DCコンバータ11a、11bを備える。DC/DCコンバータ11a、11bは、パルス幅変調(PWM)に基づいて動作し、電源電圧VPを入力し、電源電圧VPを降圧あるいは昇圧して電源電圧VLaとして負荷回路15aに供給する。負荷回路15aは、例えばCPUなどのデバイスである。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
DC/DCコンバータ11aは、負荷回路15aにおける負荷の状態を監視する機能を有する。DC/DCコンバータ11aは、負荷が小さい(軽い)場合には制御信号ScaによってDC/DCコンバータ11bの動作を非活性(オフ)とし、DC/DCコンバータ11aだけで負荷回路15aに電源電圧VLaを供給する。また、負荷が大きい(重い)場合には、DC/DCコンバータ11aは、制御信号ScaによってDC/DCコンバータ11bの動作を活性(オン)とし、DC/DCコンバータ11aとDC/DCコンバータ11bとの並列動作によって負荷回路15aに電源電圧VLaを供給する。
The DC / DC converter 11a has a function of monitoring the load state in the
図2は、DC/DCコンバータ11aの構成を示すブロック図である。図2において、DC/DCコンバータ11aは、パルス生成機能部21、スイッチング機能部22、パルス監視機能部23、ハイサイドトランジスタMN1、ローサイドトランジスタMN2を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the DC / DC converter 11a. In FIG. 2, the DC / DC converter 11a includes a pulse
パルス生成機能部21は、電源電圧VLaの値に基づいてパルス幅変調されたパルス信号Spを生成し、スイッチング機能部22およびパルス監視機能部23に出力する。スイッチング機能部22は、パルス信号Spのレベルに対応してハイサイドトランジスタMN1、ローサイドトランジスタMN2を排他的にオンオフさせ、電源電圧VPから電源電圧VLaを生成する。パルス監視機能部23は、パルス信号Spを入力信号として負荷回路15aにおける負荷状態を監視し、負荷状態に応じてDC/DCコンバータ11bのオンオフの制御を行う制御信号Scaを出力する。
The pulse
次に、パルス監視機能部23の動作について説明する。パルス監視機能部23は、パルス信号Spのパルス幅を監視することで負荷の監視を行う。負荷が大きい(重い)場合には、図3(A)に示すようにパルス信号Spのハイレベルの幅(パルス幅A)が広くなる。一方、負荷が小さい(軽い)場合には、図3(B)に示すようにパルス信号Spのハイレベルの幅(パルス幅B)が狭くなる。
Next, the operation of the pulse
パルス幅A、パルス幅Bは、各負荷の状態にてハイサイドトランジスタMN1をオンにする時間を示している。負荷回路15aにおける負荷が大きいほど、すなわち、負荷回路15aに流れる電流値が大きくなればなるほど、ハイサイドトランジスタMN1をオンとする時間を長くすることで電源電圧VLaの降下に対応するため、パルス幅を長く(広く)する。パルス監視機能部23は、このようなパルス信号Spのパルス幅を監視することによって、負荷の監視を行う。
Pulse width A and pulse width B indicate the time for which the high-side transistor MN1 is turned on in each load state. The larger the load in the
図4は、DC/DCコンバータ11aにおけるパルス幅と負荷の関係を示す図である。DC/DCコンバータ11aは、パルス信号Spのパルス幅がパルス幅Cよりも大きく(広く)なった場合には、負荷回路15aの負荷がDC/DCコンバータ11aのみでは供給できないと判断して、DC/DCコンバータ11bの動作をオン(活性化)とするために制御信号Scaを出力する。これによって、DC/DCコンバータ11a、DC/DCコンバータ11bが並列動作して負荷回路15aに電源供給を行う。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the pulse width and the load in the DC / DC converter 11a. When the pulse width of the pulse signal Sp becomes larger (wider) than the pulse width C, the DC / DC converter 11a determines that the load of the
一方、パルス信号Spのパルス幅がパルス幅Dよりも小さく(狭く)なった場合には、DC/DCコンバータ11a、DC/DCコンバータ11bを並列動作している状態からDC/DCコンバータ11aのみでも供給可能な負荷の状態であると判断して、DC/DCコンバータ11bの動作をオフ(非活性)とするために制御信号Scaを出力する。 On the other hand, when the pulse width of the pulse signal Sp becomes smaller (narrower) than the pulse width D, the DC / DC converter 11a or the DC / DC converter 11b can be operated in parallel from the DC / DC converter 11a alone. The control signal Sca is output in order to turn off (inactivate) the operation of the DC / DC converter 11b by determining that the load can be supplied.
以上の動作において、急激な負荷の変動に対応するため、パルス幅Cは、最大負荷に対応するパルス幅より狭く、最大負荷の1/2に対応するパルス幅より広くすると共に、パルス幅Dは、最大負荷の1/2に対応するパルス幅より狭くして、それぞれマージンをもつようにすることが好ましい。 In the above operation, in order to cope with a sudden load fluctuation, the pulse width C is narrower than the pulse width corresponding to the maximum load, and wider than the pulse width corresponding to 1/2 of the maximum load, and the pulse width D is It is preferable to make the width narrower than the pulse width corresponding to 1/2 of the maximum load so that each has a margin.
本実施例の電源装置10は、以上のように動作し、負荷回路15aにおける負荷が軽い場合に、DC/DCコンバータ11aのみで電源供給を行うことで電源装置10における変換効率の悪化を防止することが可能である。
The
図5は、本発明の第2の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図5において、図1と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。電源装置10aは、図1の電源装置10に対し、DC/DCコンバータ11c、スイッチSWをさらに備える。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. The
DC/DCコンバータ11cは、DC/DCコンバータ11aと同様な構成とされ、電源電圧VPを入力し、電源電圧VPを降圧あるいは昇圧して電源電圧VLbとして負荷回路15bに供給する。負荷回路15bは、負荷回路15aと同様に、例えばCPUなどのデバイスである。なお、電源電圧VLbは、電源電圧VLaと同一である。スイッチSWは、DC/DCコンバータ11bが負荷回路15aに接続される状態、DC/DCコンバータ11bが負荷回路15bに接続される状態、DC/DCコンバータ11bがどこにも接続されない状態を切替える。
The DC /
DC/DCコンバータ11aは、負荷回路15aの負荷が増大し、DC/DCコンバータ11aのみで電源電圧VLaを負荷回路15aに供給し切れない場合には、制御信号ScaによってDC/DCコンバータ11bの動作をオンにすると共に、スイッチSWを負荷回路15a側にオンさせることでDC/DCコンバータ11a、11bを使用して電源電圧VLaを負荷回路15aに供給する。負荷回路15aの負荷が小さくなった場合には、DC/DCコンバータ11bの動作をオフとし、スイッチSWにおける負荷回路15a側との接続を解除する。
When the load of the
また、DC/DCコンバータ11cは、負荷回路15bの負荷が増大し、DC/DCコンバータ11cのみで電源電圧VLbを負荷回路15bに供給し切れない場合には、制御信号ScbによってDC/DCコンバータ11bの動作をオンにすると共に、スイッチSWを負荷回路15b側にオンさせることでDC/DCコンバータ11c、11bを使用して電源電圧VLbを負荷回路15bに供給する。負荷回路15bの負荷が小さくなった場合には、DC/DCコンバータ11bの動作をオフとし、スイッチSWにおける負荷回路15b側との接続を解除する。
Further, in the DC /
負荷回路が2個ある場合、実施例1で説明した電源装置10が2組必要となる。しかし、負荷回路15a、15bに関し同時には負荷が重くなることがないような装置もありうる。このような場合には、本実施例のように3個のDC/DCコンバータで電源供給を行うことができ、消費電力の低減に加え、実装面積の削減もなされる。
When there are two load circuits, two sets of the
また、一部のDC/DCコンバータに相当する3個以上のDC/DCコンバータが、それぞれの負荷が重い場合に1個の他のDC/DCコンバータを並列動作可能なように制御し、スイッチで切替えるように構成するようにしてもよい。 In addition, three or more DC / DC converters corresponding to some DC / DC converters are controlled so that one other DC / DC converter can be operated in parallel when each load is heavy. You may make it comprise so that it may switch.
さらに、他のDC/DCコンバータを複数備え、負荷に供給する電流がそれぞれ同一のあるいは異なる所定の値より小さい場合に他のDC/DCコンバータをそれぞれ非活性化するように制御するようにしてもよい。 Further, a plurality of other DC / DC converters are provided, and when the current supplied to the load is smaller than the same or different predetermined value, the other DC / DC converters are controlled to be deactivated. Good.
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 It should be noted that the disclosures of the aforementioned patent documents and the like are incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
10、10a 電源装置
11a、11b、11c DC/DCコンバータ
15a、15b 負荷回路
21 パルス生成機能部
22 スイッチング機能部
23 パルス監視機能部
SW スイッチ
10, 10a
Claims (6)
一部の前記DC/DCコンバータは、前記負荷に供給する電流(負荷電流という)が所定の値より小さい場合に他の前記DC/DCコンバータを非活性化するように制御することを特徴とする電源装置。 A plurality of DC / DC converters capable of operating in parallel to convert the power supply voltage and supply the same voltage to the load,
Some of the DC / DC converters control to inactivate other DC / DC converters when a current (referred to as load current) supplied to the load is smaller than a predetermined value. Power supply.
一部の前記DC/DCコンバータは、パルス幅変調におけるパルス幅を監視するパルス監視機能部を備え、
前記パルス監視機能部は、前記負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が所定の幅より狭い場合に他の前記DC/DCコンバータを非活性化する制御信号を他の前記DC/DCコンバータに出力することを特徴とする請求項1記載の電源装置。 The DC / DC converter operates based on pulse width modulation,
Some of the DC / DC converters include a pulse monitoring function unit that monitors a pulse width in pulse width modulation.
The pulse monitoring function unit outputs a control signal for inactivating another DC / DC converter to another DC / DC converter when a pulse width corresponding to the load current supply period is narrower than a predetermined width. The power supply device according to claim 1, wherein:
別の前記DC/DCコンバータは、前記別の負荷に流れる電流が所定の値より大きい場合に他の前記DC/DCコンバータを前記別の負荷に対し電源供給可能なように制御することを特徴とする請求項1記載の電源装置。 Another DC / DC converter for converting the power supply voltage and supplying the same voltage to another load;
The another DC / DC converter controls the other DC / DC converter so that power can be supplied to the other load when a current flowing through the other load is larger than a predetermined value. The power supply device according to claim 1.
一部の前記DC/DCコンバータは、前記負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に他の前記DC/DCコンバータを非活性化するように制御することを特徴とする電源装置の制御方法。 A control method for a power supply device comprising a plurality of DC / DC converters capable of operating in parallel to convert a power supply voltage and supply the same voltage to a load,
Some of the DC / DC converters control to deactivate the other DC / DC converters when a current supplied to the load is smaller than a predetermined value. .
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130507 |