JP2012050207A - Multiphase dc/dc converter circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multiphase DC/DC converter circuit capable of reducing a pulsating current of an output current even if the number of operating phases is changed.SOLUTION: A DC/DC converter circuit 100 comprises: a plurality of converters 110 through 140 which are connected in parallel with each other and driven; and a controller 170 that generates a plurality of drive signals controlling respective switching operation of the plurality of converters. The controller 170 determines the number of converters to be driven, and when the number of converters to be driven is more than one, switches respective phase differences of the driving signals corresponding to each one of the plurality of converters according to the number of converters.

Description

本発明は、並列接続された複数のコンバータ部を用いて入力電圧を出力電圧に変換するマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に関する。   The present invention relates to a multi-phase DC / DC converter circuit that converts an input voltage into an output voltage by using a plurality of converter units connected in parallel.

従来から、出力負荷の大きさや周囲温度に応じてリアルタイムに動作フェーズ数を切り替えることにより最大効率を得ることができるマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、この回路では、低負荷時にはフェーズ数をより少なく、高負荷時にはフェーズ数をより多くすることにより、低負荷から高負荷の広い範囲で高効率を実現している。   Conventionally, there has been known a multi-phase DC / DC converter circuit capable of obtaining the maximum efficiency by switching the number of operation phases in real time according to the size of the output load and the ambient temperature (see, for example, Patent Document 1). ). For example, in this circuit, high efficiency is realized in a wide range from low load to high load by reducing the number of phases at a low load and increasing the number of phases at a high load.

また、従来から、スイッチング周期を同一にするとともに互いに１／２周期の位相差を持たせて動作させることにより出力電流の脈流を大幅に低減した２相ＤＣ／ＤＣコンバータが知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、スイッチング回路を複数に分割し、並列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを互いに異なる位相で多相動作させることにより、実際の周波数よりも実質的に高い周波数でスイッチングを行うことで出力に含まれるリップルを低減した構成が知られている（例えば、特許文献３、４参照。）。   Conventionally, a two-phase DC / DC converter is known in which the pulsating flow of the output current is greatly reduced by operating with the same switching period and having a phase difference of ½ period. For example, see Patent Document 2.) In addition, the switching circuit is divided into a plurality of parts, and the DC / DC converters connected in parallel are operated in multiple phases with different phases, so that switching is performed at a frequency substantially higher than the actual frequency, thereby being included in the output. A configuration with reduced ripple is known (for example, see Patent Documents 3 and 4).

特開２００７−１１６８３４号公報（第３−５頁、図１−２）JP 2007-116834 A (page 3-5, FIG. 1-2) 特開２０００−３０８３３７号公報（第２−３頁、図１−２）JP 2000-308337 A (page 2-3, FIG. 1-2) 特開昭５３−８３０１４号公報（第２−３頁、図１−６）JP-A-53-83014 (page 2-3, FIG. 1-6) 特開昭５８−１３６２６６号公報（第２−３頁、図１−２）JP 58-136266 (page 2-3, FIG. 1-2)

ところで、特許文献１に開示されたマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路では、動作フェーズ数が出力負荷の大きさや周囲温度に応じて切り替わるが、各動作フェーズを制御する信号の位相はあらかじめ決められているため、各動作フェーズの動作が等間隔に行われないことになり、出力電流に脈流が現れるという問題があった。例えば、動作フェーズ数が４の場合にそれぞれの制御信号の位相が互いに９０°ずれている場合に、動作フェーズ数が３に切り替わる場合を考えると、これら３つの動作フェーズの動作は互いに９０°位相がずれた状態を維持することになるため、１つの動作フェーズの動作が停止したことに伴って残り３つの動作フェーズによる電流の発生タイミングは均等にはならず偏ったものになるため、出力電流の脈流が低減できないことになる。   By the way, in the multi-phase DC / DC converter circuit disclosed in Patent Document 1, the number of operation phases is switched according to the size of the output load and the ambient temperature, but the phase of the signal for controlling each operation phase is determined in advance. Therefore, the operation of each operation phase is not performed at equal intervals, and there is a problem that a pulsating current appears in the output current. For example, when the number of operation phases is 4 and the phases of the control signals are shifted from each other by 90 °, considering the case where the number of operation phases switches to 3, the operations of these three operation phases are 90 ° out of phase with each other. Therefore, since the operation timing of one operation phase is stopped, the current generation timings of the remaining three operation phases are not equalized and biased. The pulsating flow cannot be reduced.

なお、上述した他の特許文献２−４の構成は、いずれも動作フェーズ数が２の場合であって固定であり、特許文献１の構成のように動作フェーズ数を切り替えるものではない。また、上述した説明では、電気負荷の大きさや周囲温度に応じて動作フェーズの数が切り替わる場合について説明したが、動作中に一部の動作フェーズに故障が発生して、正常動作可能な残りの動作フェーズが動作を継続する場合にも同様の問題が発生する。   The configurations of other Patent Documents 2 to 4 described above are all cases where the number of operation phases is 2, and are fixed, and the number of operation phases is not switched as in the configuration of Patent Document 1. In the above description, the case where the number of operation phases is switched according to the size of the electrical load and the ambient temperature has been described. However, a failure occurs in some operation phases during the operation, and the remaining operation is possible. A similar problem occurs when the operation phase continues to operate.

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、動作フェーズ数が変更された場合であっても出力電流の脈流を低減することができるマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を提供することにある。   The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a multi-phase DC / DC that can reduce the pulsating current of the output current even when the number of operation phases is changed. It is to provide a DC converter circuit.

上述した課題を解決するために、本発明のマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、互いに並列接続されて駆動される複数のコンバータ部と、複数のコンバータ部のそれぞれのスイッチング動作を制御する複数の駆動信号を生成する制御部とを備え、制御部は、駆動対象となるコンバータ部の数を判断するとともに、駆動対象となるコンバータ部の数が複数のときに、これら複数のコンバータ部のそれぞれに対応する駆動信号の互いの位相差をコンバータ部の数にあわせて切り替える。これにより、動作フェーズ数が変更された場合に各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整することが可能となり、駆動信号の位相が偏ることにより発生する出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   In order to solve the above-described problems, a multi-phase DC / DC converter circuit according to the present invention includes a plurality of converter units that are driven in parallel with each other, and a plurality of converter units that control switching operations of the plurality of converter units. A control unit that generates a drive signal, the control unit determines the number of converter units to be driven, and each of the plurality of converter units when there are a plurality of converter units to be driven. The phase difference between the corresponding drive signals is switched according to the number of converter units. This makes it possible to adjust the phase difference of the drive signal that controls each converter unit when the number of operating phases is changed, and to reduce the pulsation and ripple of the output current that is generated when the phase of the drive signal is biased can do.

また、上述した制御部は、駆動対象となる複数のコンバータ部のそれぞれの駆動タイミングが等間隔となるように駆動信号の互いの位相差を設定することが望ましい。特に、駆動タイミングが等間隔になるように各駆動信号の位相を設定することにより、出力電流の脈流およびリップルを最小にすることができる。   In addition, it is desirable that the control unit described above sets the phase difference between the drive signals so that the drive timings of the plurality of converter units to be driven are equally spaced. In particular, by setting the phase of each drive signal so that the drive timing is equally spaced, the pulsating flow and ripple of the output current can be minimized.

また、出力負荷の大きさに応じて駆動対象となるコンバータ部の数が設定されることが望ましい。これにより、低負荷から高負荷までの広い範囲で高効率を実現しながら、出力電流の脈動およびリップルを低減することができる。   Further, it is desirable to set the number of converter units to be driven according to the size of the output load. Thereby, it is possible to reduce pulsation and ripple of the output current while realizing high efficiency in a wide range from low load to high load.

また、上述した制御部は、複数のコンバータ部のそれぞれの故障の有無を判定し、コンバータ部の故障の有無と出力負荷の大きさに応じて、駆動対象となるコンバータ部の数を設定することが望ましい。これにより、一部のコンバータ部が故障した状態で稼働状態を維持する場合であっても、正常動作可能な各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整して、低負荷から高負荷までの広い範囲で出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   In addition, the control unit described above determines whether or not there is a failure in each of the plurality of converter units, and sets the number of converter units to be driven according to the presence or absence of the converter unit failure and the size of the output load. Is desirable. As a result, even if some converter units are in a state of failure and maintain the operating state, the phase difference of the drive signal that controls each converter unit that can operate normally can be adjusted, from low load to high load. The ripple and ripple of the output current can be reduced in a wide range.

また、上述した出力負荷に供給される電流値を検出する第１の電流検出回路をさらに備え、制御部は、第１の電流検出回路によって検出された電流値に基づいて出力負荷の大きさを判定することが望ましい。これにより、負荷状態を確実に検出することができる。   Further, a first current detection circuit for detecting the current value supplied to the output load described above is further provided, and the control unit determines the size of the output load based on the current value detected by the first current detection circuit. It is desirable to judge. Thereby, the load state can be reliably detected.

また、上述した制御部は、複数のコンバータ部のそれぞれの故障の有無を判定し、正常動作可能なコンバータ部を駆動対象として、駆動対象となるコンバータ部の数を判断することが望ましい。これにより、一部のコンバータ部が故障した状態で稼働状態を維持する場合であっても、正常動作可能な各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整して出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   Further, it is desirable that the control unit described above determines whether or not there is a failure in each of the plurality of converter units, and determines the number of converter units to be driven with a converter unit capable of normal operation as a drive target. As a result, even when a part of the converter unit is in a state of failure and is maintained in an operating state, the phase difference of the drive signal that controls each converter unit capable of operating normally is adjusted to pulsate and ripple the output current. Can be reduced.

また、上述した複数のコンバータ部のそれぞれに流れる電流値を検出する第２の電流検出回路をさらに備え、制御部は、第２の電流検出回路によって検出された複数のコンバータ部のそれぞれに対応する電流値に基づいて故障の有無を判定することが望ましい。これにより、確実に各コンバータ部の故障の有無を検出することができる。   Further, a second current detection circuit that detects a current value flowing through each of the plurality of converter units described above is further provided, and the control unit corresponds to each of the plurality of converter units detected by the second current detection circuit. It is desirable to determine the presence or absence of a failure based on the current value. Thereby, the presence or absence of a failure of each converter part can be detected reliably.

また、上述したコンバータ部は、リアクトル、スイッチング素子、ダイオードを有し、これらの各素子とコンデンサによってスイッチングコンバータが形成されている。   Moreover, the converter part mentioned above has a reactor, a switching element, and a diode, and the switching converter is formed of these each elements and a capacitor | condenser.

一実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the DC / DC converter circuit of one Embodiment. 出力負荷が最大であって動作フェーズ数が４で動作する場合の各コンバータ部の駆動タイミングを示す図である。It is a figure which shows the drive timing of each converter part when an output load is the maximum and it operate | moves by the number of operation phases. 出力負荷が最大時よりも小さくなって動作フェーズ数が３で動作する場合の各コンバータ部の駆動タイミングを示す図である。It is a figure which shows the drive timing of each converter part when an output load becomes smaller than the maximum time, and it operate | moves by the number of operation phases. ＤＣ／ＤＣコンバータの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a DC / DC converter. 出力負荷にあわせて動作フェーズ数が３に設定された後、一部のコンバータ部の故障が検出された場合の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting when the failure of some converter parts is detected after the number of operation phases is set to 3 according to the output load. 動作フェーズ数が固定のＤＣ／ＤＣコンバータの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a DC / DC converter with a fixed number of operation phases. 降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a step-down DC / DC converter circuit. 昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a step-up / step-down DC / DC converter circuit.

以下、本発明を適用した一実施形態のマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ回路１００は、互いに並列接続されて駆動される４つのコンバータ部１１０、１２０、１３０、１４０と、２つのコンデンサ１５０、１５２と、電流検出回路１６０と、４つのコンバータ部１１０〜１４０のそれぞれのスイッチング動作を別々に制御する４つの駆動信号を生成する制御部１７０とを含んで構成されている。   Hereinafter, a multi-phase DC / DC converter circuit according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a DC / DC converter circuit according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the DC / DC converter circuit 100 of this embodiment includes four converter units 110, 120, 130, and 140, two capacitors 150 and 152 that are driven in parallel with each other, current detection, and the like. The circuit 160 includes a control unit 170 that generates four drive signals for separately controlling the switching operations of the four converter units 110 to 140.

本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ回路１００は、入力側に電源２００が、出力側に負荷２１０がそれぞれ接続され、電源２００から印加される電圧Ｖｐを昇圧して負荷２１０に印加する。一方のコンデンサ１５０は、入力側において電源２００に並列に接続される。他方のコンデンサ１５２は、出力側において負荷２１０に並列に接続される。   In the DC / DC converter circuit 100 of the present embodiment, a power source 200 is connected to the input side and a load 210 is connected to the output side, and the voltage Vp applied from the power source 200 is boosted and applied to the load 210. One capacitor 150 is connected in parallel to the power source 200 on the input side. The other capacitor 152 is connected in parallel to the load 210 on the output side.

コンバータ部１１０は、リアクトル１１２、ダイオード１１４、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６を備えている。同様に、コンバータ部１２０は、リアクトル１２２、ダイオード１２４、ＭＯＳ−ＦＥＴ１２６を備えている。コンバータ部１３０は、リアクトル１３２、ダイオード１３４、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３６を備えている。コンバータ部１４０は、リアクトル１４２、ダイオード１４４、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４６を備えている。このように、４つのコンバータ部１１０〜１４０のそれぞれは同じ構成を有しており、以下ではコンバータ１１０について詳細に説明し、他のコンバータ部１２０等については詳細な説明を省略する。   The converter unit 110 includes a reactor 112, a diode 114, and a MOS-FET 116. Similarly, the converter unit 120 includes a reactor 122, a diode 124, and a MOS-FET 126. The converter unit 130 includes a reactor 132, a diode 134, and a MOS-FET 136. The converter unit 140 includes a reactor 142, a diode 144, and a MOS-FET 146. Thus, each of the four converter units 110 to 140 has the same configuration, and in the following, the converter 110 will be described in detail, and detailed description of the other converter units 120 and the like will be omitted.

リアクトル１１２とダイオード１１４によって直列回路が形成されており、この直列回路の一方の端部（リアクトル１１２の一方端）が入力端子に、他方の端部（ダイオード１１４のカソード側）が出力端子に接続されている。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６は、スイッチング素子であって、一方端（ドレイン側）がリアクトル１１２とダイオード１１４の接続点に接続され、他方端（ソース側）が接地されている。また、ゲートが制御部１７０に接続されており、制御部１７０から出力される駆動信号によってＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のスイッチング動作が制御される。このコンバータ部１１０と出力側に接続されたコンデンサ１５２によって１フェーズの昇圧型コンバータ（スイッチングコンバータ）が形成されている。   A series circuit is formed by the reactor 112 and the diode 114, and one end of the series circuit (one end of the reactor 112) is connected to the input terminal, and the other end (the cathode side of the diode 114) is connected to the output terminal. Has been. The MOS-FET 116 is a switching element, and one end (drain side) is connected to the connection point of the reactor 112 and the diode 114, and the other end (source side) is grounded. The gate is connected to the control unit 170, and the switching operation of the MOS-FET 116 is controlled by the drive signal output from the control unit 170. The converter unit 110 and the capacitor 152 connected to the output side form a one-phase boost converter (switching converter).

電流検出回路１６０は、負荷２１０に供給される電流値を検出する。例えば、最も簡単には検出抵抗が用いられ、その両端電圧が制御部１７０に入力される。この場合には、制御部１７０は、Ｖｒ／Ｒ（Ｒは検出抵抗の抵抗値、Ｖｒは検出抵抗の両端電圧）を計算して負荷電流（出力負荷の大きさ）を検出する。   The current detection circuit 160 detects a current value supplied to the load 210. For example, the detection resistor is most simply used, and the voltage between both ends thereof is input to the control unit 170. In this case, the control unit 170 calculates Vr / R (R is the resistance value of the detection resistor, Vr is the voltage across the detection resistor) and detects the load current (the magnitude of the output load).

制御部１７０は、電流検出回路１６０を用いて検出した出力負荷の大きさに基づいて、動作フェーズ数を決定する。具体的には、制御部１７０は、出力負荷の大小に応じて、コンバータ部１１０〜１４０の中で使用するコンバータ部の数を決定する。例えば、出力負荷の大小が４つのレベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（Ａが最も大きく、Ｄが最も小さい）に分類されている。   The controller 170 determines the number of operation phases based on the magnitude of the output load detected using the current detection circuit 160. Specifically, the control unit 170 determines the number of converter units to be used in the converter units 110 to 140 according to the output load. For example, the magnitude of the output load is classified into four levels A, B, C, and D (A is the largest and D is the smallest).

出力負荷レベルがＡのときに、制御部１７０は、４つのコンバータ部１１０〜１４０の全てを使用して動作するように、これら４つのコンバータ部１１０〜１４０のそれぞれを制御する４つの駆動信号を生成して出力する。また、出力負荷レベルがＢのときに、制御部１７０は、３つのコンバータ部１１０〜１３０を使用して動作するように、これら３つのコンバータ部１１０〜１３０のそれぞれを制御する３つの駆動信号を生成して出力する。また、出力負荷レベルがＣのときに、制御部１７０は、２つのコンバータ部１１０、１２０を使用して動作するように、これら２つのコンバータ部１１０、１２０のそれぞれを制御する２つの駆動信号を生成して出力する。また、出力負荷レベルがＤのときに、制御部１７０は、１つのコンバータ部１１０を使用して動作するように、このコンバータ部１１０を制御する１つの駆動信号を生成して出力する。   When the output load level is A, the control unit 170 outputs four drive signals for controlling each of the four converter units 110 to 140 so as to operate using all of the four converter units 110 to 140. Generate and output. Further, when the output load level is B, the control unit 170 outputs three drive signals for controlling each of the three converter units 110 to 130 so as to operate using the three converter units 110 to 130. Generate and output. Further, when the output load level is C, the control unit 170 outputs two drive signals for controlling each of the two converter units 110 and 120 so as to operate using the two converter units 110 and 120. Generate and output. When the output load level is D, the control unit 170 generates and outputs one drive signal for controlling the converter unit 110 so as to operate using the single converter unit 110.

また、制御部１７０は、各動作フェーズの動作タイミングを動作フェーズ数にあわせて切り替える。具体的には、制御部１７０は、出力負荷の大小に応じて使用されるコンバータ部の各駆動タイミング（制御タイミング）が等間隔となるように、複数の駆動信号の互いの位相差を設定する。   In addition, the control unit 170 switches the operation timing of each operation phase according to the number of operation phases. Specifically, the control unit 170 sets the phase difference between the plurality of drive signals so that the drive timings (control timings) of the converter unit used according to the output load are equally spaced. .

図２は、出力負荷が最大（レベルＡ）であって動作フェーズ数が４で動作する場合の各コンバータ部の駆動タイミングを示す図である。図２において、駆動信号１（フェーズ１）は、制御部１７０からコンバータ部１１０内のＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のゲートに入力される駆動信号を示している。駆動信号２（フェーズ２）は、制御部１７０からコンバータ部１２０内のＭＯＳ−ＦＥＴ１２６のゲートに入力される駆動信号を示している。駆動信号３（フェーズ３）は、制御部１７０からコンバータ部１３０内のＭＯＳ−ＦＥＴ１３６のゲートに入力される駆動信号を示している。駆動信号４（フェーズ４）は、制御部１７０からコンバータ部１４０内のＭＯＳ−ＦＥＴ１４６のゲートに入力される駆動信号を示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating the drive timing of each converter unit when the output load is maximum (level A) and the number of operation phases is four. In FIG. 2, a drive signal 1 (phase 1) indicates a drive signal input from the control unit 170 to the gate of the MOS-FET 116 in the converter unit 110. A drive signal 2 (phase 2) indicates a drive signal input from the control unit 170 to the gate of the MOS-FET 126 in the converter unit 120. A drive signal 3 (phase 3) indicates a drive signal input from the control unit 170 to the gate of the MOS-FET 136 in the converter unit 130. The drive signal 4 (phase 4) indicates a drive signal input from the control unit 170 to the gate of the MOS-FET 146 in the converter unit 140.

コンバータ部１１０に入力される駆動信号１は、例えばデューディが５０％で所定周期を有する矩形波信号（ＰＷＭ信号）であり、ハイレベルのときにＭＯＳ−ＦＥＴ１１６がオンされ、ローレベルのときにＭＯＳ−ＦＥＴ１１６がオフされる。駆動信号１のデューティは、出力負荷の大きさに応じて所定範囲で連続的に可変される。駆動信号２は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有する矩形波信号であり、駆動信号１に対してオン／オフタイミングのみを９０°ずらして設定されている。同様に、駆動信号３は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有する矩形波信号であり、オン／オフタイミングのみを駆動信号１に対して１８０°、駆動信号２に対して９０°ずらして設定されている。駆動信号４は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有する矩形波信号であり、オン／オフタイミングのみを駆動信号１に対して２７０°、駆動信号２に対して１８０°、駆動信号３に対して９０°ずらして設定されている。   The drive signal 1 input to the converter unit 110 is, for example, a rectangular wave signal (PWM signal) having a predetermined cycle with a duty of 50%, and the MOS-FET 116 is turned on when the level is high, and the MOS signal when the level is low. -FET 116 is turned off. The duty of the drive signal 1 is continuously varied within a predetermined range according to the size of the output load. The drive signal 2 is a rectangular wave signal having the same cycle and the same duty as the drive signal 1, and is set by shifting only the on / off timing by 90 ° with respect to the drive signal 1. Similarly, the drive signal 3 is a rectangular wave signal having the same cycle and the same duty as the drive signal 1, and only the on / off timing is shifted by 180 ° with respect to the drive signal 1 and 90 ° with respect to the drive signal 2. Is set. The drive signal 4 is a rectangular wave signal having the same cycle and the same duty as the drive signal 1, and only the on / off timing is 270 ° with respect to the drive signal 1, 180 ° with respect to the drive signal 2, and the drive signal 3. It is set to be shifted by 90 °.

図３は、出力負荷が最大時よりも小さくなって（レベルＢ）、動作フェーズ数が３で動作する場合の各コンバータ部の駆動タイミングを示す図である。この場合には、制御部１７０は、コンバータ部１４０に対応する駆動信号４の出力を停止（ローレベルを維持）し、残り３つの駆動信号１〜３を３つのコンバータ部１１０〜１３０のそれぞれに入力するとともに、これら３つの駆動信号１〜３の互いの位相差を１２０°に設定する。すなわち、駆動信号２は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有するとともに、駆動信号１に対してオン／オフタイミングのみを１２０°ずらして設定されている。駆動信号３は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有するとともに、オン／オフタイミングのみを駆動信号１に対して２４０°、駆動信号２に対して１２０°ずらして設定されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating the drive timing of each converter unit when the output load is smaller than that at the maximum (level B) and the operation is performed with the number of operation phases being three. In this case, the control unit 170 stops the output of the drive signal 4 corresponding to the converter unit 140 (maintains the low level), and passes the remaining three drive signals 1 to 3 to the three converter units 110 to 130, respectively. While inputting, the phase difference between these three drive signals 1 to 3 is set to 120 °. In other words, the drive signal 2 has the same cycle and the same duty as the drive signal 1 and is set by shifting only the on / off timing with respect to the drive signal 1 by 120 °. The drive signal 3 has the same cycle and the same duty as the drive signal 1 and is set such that only the on / off timing is shifted by 240 ° with respect to the drive signal 1 and 120 ° with respect to the drive signal 2.

なお、図示は省略するが、出力負荷がさらに小さくなって（レベルＣ）、動作フェーズ数が２で動作する場合には、駆動信号１、２のみが用いられ、駆動信号３、４の出力が停止される。また、駆動信号２は、駆動信号１と同じ周期および同じデューティを有するとともに、駆動信号１に対してオン／オフタイミングのみを１８０°ずらして設定される。   Although illustration is omitted, when the output load is further reduced (level C) and the operation is performed with the number of operation phases being 2, only the drive signals 1 and 2 are used and the output of the drive signals 3 and 4 is Stopped. Further, the drive signal 2 has the same cycle and the same duty as the drive signal 1 and is set by shifting only the on / off timing with respect to the drive signal 1 by 180 °.

このように、出力負荷の大小にあわせて動作フェーズ数が変更された場合に各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整することにより、駆動信号の位相が偏ることにより発生する出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。出力負荷の大小にあわせて動作フェーズ数が変更されるため、同時に、低負荷から高負荷までの広い範囲で高効率を実現することができる。   As described above, when the number of operation phases is changed according to the magnitude of the output load, by adjusting the phase difference of the drive signal that controls each converter unit, the output current generated due to the deviation of the phase of the drive signal is adjusted. The pulsating flow and ripple can be reduced. Since the number of operation phases is changed in accordance with the magnitude of the output load, at the same time, high efficiency can be realized in a wide range from a low load to a high load.

図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータの変形例を示す図である。図４に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１００Ａは、図１に示した４つのコンバータ部１１０〜１４０をコンバータ部１１０Ａ〜１４０Ａに置き換えたものである。コンバータ部１１０Ａは、図１に示したコンバータ部１１０に対して、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のソース側に電流検出回路１１８を追加した点が異なっている。電流検出回路１１８は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６を介して流れる電流の有無を検出するためのものであり、最も簡単には検出抵抗が用いられる。他のコンバータ部１２０Ａ〜１４０Ａについても同様であり、図１に示したコンバータ部１２０〜１４０のそれぞれに対して、電流検出回路１２８、１３８、１４８が追加された点が異なっている。これらの電流検出回路１２８等は、対応するＭＯＳ−ＦＥＴ１２６等を介して流れる電流の有無を検出する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a modification of the DC / DC converter. A DC / DC converter 100A shown in FIG. 4 is obtained by replacing the four converter units 110 to 140 shown in FIG. 1 with converter units 110A to 140A. The converter unit 110A is different from the converter unit 110 shown in FIG. 1 in that a current detection circuit 118 is added on the source side of the MOS-FET 116. The current detection circuit 118 is for detecting the presence / absence of a current flowing through the MOS-FET 116, and the detection resistor is most simply used. The same applies to the other converter units 120A to 140A, except that current detection circuits 128, 138, and 148 are added to the converter units 120 to 140 shown in FIG. These current detection circuits 128 and the like detect the presence / absence of current flowing through the corresponding MOS-FET 126 and the like.

制御部１７０は、出力負荷の大小に応じて動作フェーズ数を切り替えた後に、使用中のコンバータ部のそれぞれの故障の有無を検出する。この検出は、各コンバータ部に備わった電流検出回路による電流検出結果に基づいて行われる。例えば、コンバータ部１１０Ａ内のＭＯＳ−ＦＥＴ１１６に所定のデューティを有する駆動信号１を入力したとき（具体的には、駆動信号１がハイレベルでＭＯＳ−ＦＥＴ１１６がオンされたとき）に、電流検出回路１１８による電流の検出結果を観察することにより、コンバータ部１１０Ａの故障（ＭＯＳ−ＦＥＴ１１６のオープン／ショート故障等）を検出することができる。   After switching the number of operation phases according to the magnitude of the output load, control unit 170 detects the presence / absence of a failure in each converter unit in use. This detection is performed based on a current detection result by a current detection circuit provided in each converter unit. For example, when a drive signal 1 having a predetermined duty is input to the MOS-FET 116 in the converter unit 110A (specifically, when the drive signal 1 is at a high level and the MOS-FET 116 is turned on), the current detection circuit By observing the current detection result by 118, a failure of converter unit 110A (such as an open / short failure of MOS-FET 116) can be detected.

いずれかのコンバータ部の故障を検出すると、制御部１７０は、故障したコンバータ部以外のコンバータ部の駆動タイミングが等間隔となるように、各コンバータ部に入力する駆動信号の互いの位相差を設定し直す。   When a failure of any converter unit is detected, the control unit 170 sets the phase difference between the drive signals input to the converter units so that the drive timings of the converter units other than the failed converter unit are equally spaced. Try again.

図５は、出力負荷にあわせて動作フェーズ数が３に設定された後、一部のコンバータ部の故障が検出された場合の設定例を示す図である。図５において、「駆動信号」は制御部１７０から各コンバータ部への駆動信号の送信状態を示している。「送信」は制御部１７０から各コンバータ部に駆動信号が入力された状態を、「未送信」は制御部１７０から各コンバータ部への駆動信号の入力が停止された状態をそれぞれ表している。また、「各フェーズの状態」は、フェーズ１〜４（コンバータ部１１０Ａ〜１４０Ａ）のそれぞれの故障の有無（故障／未故障）を示している。「各フェーズの動作」は、フェーズ１〜４のそれぞれの動作状態を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a setting example when a failure in a part of the converter units is detected after the number of operation phases is set to 3 in accordance with the output load. In FIG. 5, “drive signal” indicates a transmission state of the drive signal from the control unit 170 to each converter unit. “Transmission” represents a state in which a drive signal is input from the control unit 170 to each converter unit, and “Not transmitted” represents a state in which the input of the drive signal from the control unit 170 to each converter unit is stopped. The “state of each phase” indicates the presence or absence (failure / non-failure) of each of the phases 1 to 4 (converter units 110A to 140A). “Operation of each phase” indicates the operation state of each of the phases 1 to 4.

図５に示す例では、出力負荷が最大時よりも小さくなって（レベルＢ）、動作フェーズ数が３に設定された場合であって、フェーズ１〜３に対応するコンバータ部１１０Ａ〜１３０Ａに駆動信号１〜３が入力される。この時点では、これら３つの駆動信号１〜３は、互いに位相差が１２０°となるように設定される。その後、フェーズ１に対応するコンバータ部１１０Ａが故障していることが検出されると、フェーズ２、３に対応する残り２つのコンバータ部１２０Ａに入力する２つの駆動信号２、３は、互いの位相差が１８０°となるように再設定される。   In the example shown in FIG. 5, the output load is smaller than that at the maximum (level B), and the number of operation phases is set to 3, and the converter units 110A to 130A corresponding to phases 1 to 3 are driven. Signals 1 to 3 are input. At this time, the three drive signals 1 to 3 are set so that the phase difference between them is 120 °. Thereafter, when it is detected that the converter unit 110A corresponding to the phase 1 is out of order, the two drive signals 2 and 3 input to the remaining two converter units 120A corresponding to the phases 2 and 3 are compared with each other. The phase difference is reset to 180 °.

このように、出力負荷の大小にあわせて動作フェーズ数が変更された場合であって、一部のコンバータ部が故障した状態で稼働状態を維持する場合であっても、正常動作可能な残りのコンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整して出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   As described above, even when the number of operation phases is changed according to the magnitude of the output load, and even when the operation state is maintained in a state where some of the converter units are out of order, the remaining operation is possible. The pulsating flow and ripple of the output current can be reduced by adjusting the phase difference of the drive signal that controls the converter unit.

なお、図５に示した例では、コンバータ１１０Ａの故障を検出した後に、コンバータ部１４０Ａの動作停止状態を維持するとともに、残り２つのコンバータ部１２０Ａ、１３０Ａでの稼働を継続したが、故障したコンバータ部１１０Ａの代わりに未使用のコンバータ１４０Ａを用い、３つのコンバータ部１２０Ａ〜１４０Ａにて稼働状態を維持するようにしてもよい。この場合には、これら３つのコンバータ部１２０Ａ〜１４０Ａに対応する３つの駆動信号２〜４の互いの位相差が再度調整される。   In the example shown in FIG. 5, after detecting the failure of the converter 110 </ b> A, the converter unit 140 </ b> A is maintained in the operation stop state and the operation of the remaining two converter units 120 </ b> A and 130 </ b> A is continued. An unused converter 140A may be used instead of the unit 110A, and the operating state may be maintained by the three converter units 120A to 140A. In this case, the phase difference between the three drive signals 2 to 4 corresponding to the three converter units 120A to 140A is adjusted again.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図４に示した例では、出力負荷の大小にあわせて動作フェーズ数を決定するとともに、故障しているコンバータ部を除いて動作させるようにしたが、出力負荷の大きさにかかわらず所定の動作フェーズ数で動作する場合に本発明を適用するようにしてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, in the example shown in FIG. 4, the number of operation phases is determined according to the size of the output load, and the operation is performed except for the failed converter unit. The present invention may be applied when operating with a predetermined number of operation phases regardless of the size.

図６は、動作フェーズ数が固定のＤＣ／ＤＣコンバータの変形例を示す図である。図６に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１００Ｂは、図４に示したＤＣ／ＤＣコンバータ部１００Ａから電流検出回路１６０を取り除いた点が異なっている。制御部１７０は、４つのコンバータ部１１０Ａ〜１４０Ａのそれぞれが正常動作時には、これら４つのコンバータ部のそれぞれに駆動信号１〜４を入力して制御を行う。この際、これら４つの駆動信号１〜４は、互いの位相差が９０°となるように設定されている。また、４つのコンバータ部の一部、例えばコンバータ部１３０Ａの故障を制御部１７０が検出すると、制御部１７０は、故障していない残りのコンバータ部１１０Ａ、１２０Ａ、１４０Ａのそれぞれに入力する駆動信号１、２、４の互いの位相差が１２０°となるように再設定を行い、これらの駆動信号１、２、４を用いて３つのコンバータ部１１０Ａ、１２０Ａ、１４０Ａの制御を継続する。このように、一部のコンバータ部が故障した状態で稼働状態を維持する場合であっても、正常動作可能な各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整して出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the DC / DC converter in which the number of operation phases is fixed. The DC / DC converter 100B shown in FIG. 6 is different in that the current detection circuit 160 is removed from the DC / DC converter unit 100A shown in FIG. When each of the four converter units 110A to 140A operates normally, the control unit 170 performs control by inputting drive signals 1 to 4 to each of the four converter units. At this time, these four drive signals 1 to 4 are set so that the phase difference between them is 90 °. Further, when the control unit 170 detects a failure of a part of the four converter units, for example, the converter unit 130A, the control unit 170 inputs the drive signal 1 input to each of the remaining converter units 110A, 120A, and 140A that have not failed. 2 and 4 are reset so that the phase difference between them becomes 120 °, and control of the three converter units 110A, 120A and 140A is continued using these drive signals 1, 2 and 4. In this way, even when the operation state is maintained in a state where some of the converter units are out of order, the pulsating current of the output current is adjusted by adjusting the phase difference of the drive signal that controls each converter unit capable of normal operation. Ripple can be reduced.

また、上述した実施形態では、４つのコンバータ部を備えた動作フェーズ数が４のＤＣ／ＤＣコンバータ回路について説明したが、動作フェーズ数が３以下あるいは５以上のＤＣ／ＤＣコンバータ回路についても本発明を適用することができる。また、複数のコンバータ部に対応して１つのコンデンサ１５０および１つのコンデンサ１５２を用いたが、これらのコンデンサ１５０、１５２のそれぞれを複数個のコンデンサによって形成したり、複数のコンバータ部のそれぞれの内部に個別のコンデンサを設けるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the DC / DC converter circuit having four operation units and four operation phases has been described. However, the present invention also applies to a DC / DC converter circuit having three or less operation phases. Can be applied. Further, although one capacitor 150 and one capacitor 152 are used corresponding to the plurality of converter units, each of these capacitors 150 and 152 is formed by a plurality of capacitors, or each of the plurality of converter units is internally provided. Individual capacitors may be provided.

また、上述した実施形態では、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路について説明したが、動作フェーズ数が複数の降圧型あるいは昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路についても本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the step-up DC / DC converter circuit has been described. However, the present invention can also be applied to a step-down or step-up / step-down DC / DC converter circuit having a plurality of operation phases.

図７は、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の一例を示す図であり、図１に対応する構成が示されている。あるいは、図７に示すＤＣ／ＤＣコンバータの構成を図４あるいは図６に示す構成に変形するようにしてもよい。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a step-down DC / DC converter circuit, and shows a configuration corresponding to FIG. Alternatively, the configuration of the DC / DC converter shown in FIG. 7 may be modified to the configuration shown in FIG. 4 or FIG.

図８は、昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の一例を示す図であり、図１に対応する構成が示されている。あるいは、図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータの構成を図４あるいは図６に示す構成に変形するようにしてもよい。   FIG. 8 is a diagram showing an example of a step-up / step-down DC / DC converter circuit, and shows a configuration corresponding to FIG. Alternatively, the configuration of the DC / DC converter shown in FIG. 8 may be modified to the configuration shown in FIG. 4 or FIG.

上述したように、本発明によれば、動作フェーズ数が変更された場合に各コンバータ部を制御する駆動信号の位相差を調整することが可能となり、駆動信号の位相が偏ることにより発生する出力電流の脈流およびリップルを低減することができる。   As described above, according to the present invention, when the number of operation phases is changed, it is possible to adjust the phase difference of the drive signal that controls each converter unit, and the output generated when the phase of the drive signal is biased Current ripple and ripple can be reduced.

１００ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
１１０、１２０、１３０、１４０ コンバータ部
１１８、１２８、１３８、１４８、１６０ 電流検出回路
１５０、１５２ コンデンサ
１７０ 制御部
２００ 電源
２１０ 負荷
１１２、１２２、１３２、１４２ リアクトル
１１４、１２４、１３４、１４４ ダイオード
１１６、１２６、１３６、１４６ ＭＯＳ−ＦＥＴ 100 DC / DC converter circuit 110, 120, 130, 140 Converter unit 118, 128, 138, 148, 160 Current detection circuit 150, 152 Capacitor 170 Control unit 200 Power source 210 Load 112, 122, 132, 142 Reactor 114, 124, 134, 144 Diode 116, 126, 136, 146 MOS-FET

Claims (8)

互いに並列接続されて駆動される複数のコンバータ部と、
前記複数のコンバータ部のそれぞれのスイッチング動作を制御する複数の駆動信号を生成する制御部と、
を備え、前記制御部は、駆動対象となる前記コンバータ部の数を判断するとともに、駆動対象となる前記コンバータ部の数が複数のときに、これら複数の前記コンバータ部のそれぞれに対応する前記駆動信号の互いの位相差を前記コンバータ部の数にあわせて切り替えることを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 A plurality of converter units driven in parallel with each other;
A control unit that generates a plurality of drive signals for controlling each switching operation of the plurality of converter units;
The control unit determines the number of the converter units to be driven, and when the number of the converter units to be driven is plural, the drive corresponding to each of the plurality of converter units A multi-phase DC / DC converter circuit, wherein the mutual phase difference of signals is switched in accordance with the number of the converter units. 請求項１において、
前記制御部は、駆動対象となる複数の前記コンバータ部のそれぞれの駆動タイミングが等間隔となるように前記駆動信号の互いの位相差を設定することを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 1,
The control unit sets a mutual phase difference of the drive signals so that drive timings of the plurality of converter units to be driven are equally spaced, and a multi-phase DC / DC converter circuit characterized in that . 請求項１または２において、
出力負荷の大きさに応じて駆動対象となる前記コンバータ部の数が設定されることを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 1 or 2,
A multi-phase DC / DC converter circuit, wherein the number of the converter units to be driven is set according to the magnitude of an output load. 請求項３において、
前記制御部は、前記複数のコンバータ部のそれぞれの故障の有無を判定し、前記コンバータ部の故障の有無と出力負荷の大きさに応じて、駆動対象となる前記コンバータ部の数を設定することを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 3,
The control unit determines whether or not each of the plurality of converter units has a failure, and sets the number of the converter units to be driven according to the presence or absence of the converter unit and the size of an output load. A multi-phase DC / DC converter circuit. 請求項３または４において、
前記出力負荷に供給される電流値を検出する第１の電流検出回路をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の電流検出回路によって検出された電流値に基づいて出力負荷の大きさを判定することを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 3 or 4,
A first current detection circuit for detecting a current value supplied to the output load;
The multi-phase DC / DC converter circuit characterized in that the control unit determines the size of the output load based on the current value detected by the first current detection circuit. 請求項１または２において、
前記制御部は、前記複数のコンバータ部のそれぞれの故障の有無を判定し、正常動作可能な前記コンバータ部を駆動対象として、駆動対象となる前記コンバータ部の数を判断することを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 1 or 2,
The control unit determines whether or not each of the plurality of converter units has a failure, and determines the number of the converter units to be driven with the converter unit capable of normal operation as a driving target. Phase type DC / DC converter circuit. 請求項４または６において、
前記複数のコンバータ部のそれぞれに流れる電流値を検出する第２の電流検出回路をさらに備え、
前記制御部は、前記第２の電流検出回路によって検出された前記複数のコンバータ部のそれぞれに対応する電流値に基づいて故障の有無を判定することを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In claim 4 or 6,
A second current detection circuit for detecting a current value flowing through each of the plurality of converter units;
The multi-phase DC / DC converter circuit, wherein the control unit determines the presence or absence of a failure based on a current value corresponding to each of the plurality of converter units detected by the second current detection circuit. . 請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記コンバータ部は、リアクトル、スイッチング素子、ダイオードを有し、これらの各素子とコンデンサによってスイッチングコンバータが形成されていることを特徴とするマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路。 In any one of Claims 1-7,
The converter section includes a reactor, a switching element, and a diode, and a switching converter is formed by each of these elements and a capacitor.
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