JP2016086463A

JP2016086463A - 電源装置

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Publication number: JP2016086463A
Application number: JP2014215988A
Authority: JP
Inventors: 秀基眞砂; Hideki Masago
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP6274070B2

Abstract

【課題】並列に接続した２つのスイッチング部を所定の位相差でスイッチングするインターリーブ方式の電源装置において、スイッチング素子のターンオン／オフ時間のバラツキが有った場合でも、それぞれのスイッチング部のスイッチング素子でスイッチングされた２つの電圧のオン／オフタイミングを検出し、このオン／オフタイミングが２つのスイッチング部の間で時間的に重なることがないようにスイッチング信号の位相差を制御する。【解決手段】電源装置１は入力された位相切換信号に従って２つのクロック信号の位相差を切り換えてスイッチング制御部１６へ出力するクロック信号発生部２０と、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でオンオフされた電圧を検出して出力するＡ相電圧検出部９とＢ相電圧検出部１０と、検出された２つの電圧信号を入力し、電圧信号のオンオフが時間的に重ならないようにクロック信号発生部２０へ位相切換信号を出力する位相切換部３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング周期に位相差を設けて２つのスイッチング部でスイッチングする電源装置に係わり、より詳細には、スイッチング素子から出力された電圧の変化タイミングが２つのスイッチング部の間で時間的に重なる時に発生する急激な電流変化によるノイズを低減させた電源装置に関する。

従来、並列に接続された２つのスイッチング素子を交互にスイッチングするインターリーブ方式の電源装置がある。この電源装置は、２つのスイッチング素子を１８０度の位相差でスイッチングするため、スイッチング素子を駆動するスイッチング信号のオンデューティが５０％付近なると、一方のスイッチング素子の出力電圧のオンオフ変化（立ち上がり／立ち下がり）タイミングが、他方のスイッチング素子の出力電圧のオンオフ変化タイミングと時間的に重なる場合があり、このタイミングが重なった時には、１つのスイッチング素子のみがオン又はオフする場合に比べて発生するノイズが大きくなってしまう。この大きなノイズにより高次高調波が発生して高調波規制の規格を満足しない場合があり、また、昇圧コイルから異音が発生する場合があった。

このノイズを低減させるためにはスイッチング素子を駆動するスイッチング信号のオンデューティが５０％付近に近づいたら、それぞれのスイッチング信号の位相差を１８０度からずらして、２つのスイッチング素子のオンオフタイミングが重ならないように駆動すればよい。
しかしながら、それぞれのスイッチング信号の位相差を１８０度から大きくずらした場合、１８０度の位相差でスイッチング素子を駆動することによる入力電流のリップル低減など、インターリーブ方式特有の効果が損なわれてしまう。

また、この問題を解決するための別の方法として、スイッチング信号のオンデューティーが増加して５０％付近に近づいた時、２つのスイッチング信号の位相差を１８０度から少しだけ大きくして前述した重なりタイミングを回避し、スイッチング信号のオンデューティーが５０％を超えた時に２つのスイッチング信号の位相差を元の１８０度に戻す方式が考えられる。つまり、必要最小限の期間だけ２つのスイッチング信号の位相差を１８０度から大きくすることでインターリーブ方式特有の効果を損なわないようにする方法である。

この方式の場合、できるだけ２つのスイッチング信号の位相差を１８０度から大きくする期間を短くする必要があるが、温度、電流、スイッチング素子個々の特性の違いなどで生じるスイッチング素子のターンオン／ターンオフ時間のバラツキにより、スイッチング信号のオンオフ変化と実際のスイッチング素子のオンオフの変化とが異なることがあり、これらの変化の違いを時間マージンとして長く見込んで前述したようにそれぞれのスイッチング信号の位相差を１８０度から大きくした場合、１８０度の位相差でスイッチング素子を駆動することによる入力電流のリップル低減など、インターリーブ方式特有の効果を損なうことになるため、２つのスイッチング信号の位相差を１８０度から大きくする期間をあまり長くできないという問題があった。

一方、特許文献１には、２つのスイッチング部を異なるスイッチング周波数で駆動することにより、２つのスイッチング部で発生するスイッチングノイズを周波数的に分散させ、結果的に装置全体のノイズレベルを低減させる電源装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１の方式は２つのスイッチング部を異なるスイッチング周波数で駆動するため、例えば２つのスイッチング部のスイッチング素子のオンデューティが５０％付近となっても、それぞれのスイッチング部のスイッチング素子の出力電圧のオンオフタイミングが重なる頻度は減少するが、あくまでも頻度の減少だけであり、２つのスイッチング信号が重なるタイミングでは、前述した２つのスイッチング部のそれぞれのスイッチング素子の出力電圧のオンオフタイミングが時間的に重なるという問題は根本的に解決されなかった。このスイッチング素子の出力電圧のオンオフタイミングが時間的に重なることによるノイズが発生した場合、前述したようにノイズにより高次高調波が発生して高調波規制の規格を満足しない問題や、昇圧コイルから異音が発生する問題があり、発生頻度が低い場合であってもフィルタやコア等を用いてノイズ対策を実施する必要があった。

特開２０１１−１７２３７２号公報（第５−６頁、図３）

本発明は以上述べた問題点を解決し、並列に接続した２つのスイッチング部を所定の位相差のスイッチング信号でスイッチングするインターリーブ方式の電源装置において、スイッチング素子のターンオン／ターンオフ時間のバラツキが有った場合でも、それぞれのスイッチング部のスイッチング素子の出力電圧のオン／オフタイミングを検出し、このオン／オフタイミングが２つのスイッチング部の間で時間的に重なることがないようにスイッチング信号の位相差を制御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、本発明の請求項１に記載の発明は、入力された交流電源を整流する整流器と、同整流器で整流された電圧が入力される第１スイッチング部及び第２スイッチング部と、前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部から出力された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記第１スイッチング部を駆動するための第１スイッチング信号と前記第２スイッチング部を駆動するための第２スイッチング信号を予め定められ位相差を持たせて生成するスイッチング制御部と、
前記第１スイッチング部でスイッチングされた電圧を検出し、第１電圧検出信号を出力する第１電圧検出部と、
前記第２スイッチング部でスイッチングされた電圧を検出し、第２電圧検出信号を出力する第２電圧検出部とを備え
前記スイッチング制御部は、前記第１電圧検出信号と前記第２電圧検出信号のそれぞれ立ち上がりと立ち下がりのタイミングに基づいて前記位相差を変える。

また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記スイッチング制御部は、前記位相差である第１位相差または前記第１位相差よりも大きい第２位相差のいずれかを選択して前記第１スイッチング信号と前記第２スイッチング信号を生成し、
前記第１電圧検出信号の立ち上がりと前記第２電圧検出信号の立ち下がりの間の第１時間差と、前記第１電圧検出信号の立ち下がりと前記第２電圧検出信号の立ち上がりの間の第２時間差のいずれか一方が予め定めた時間差閾値未満の場合、前記第２位相差を選択し、
その後、前記第１時間差又は前記第２時間差のいずれか一方が前記時間差閾値未満となった時、前記第１位相差を選択する。

以上の手段を用いることにより、本発明による電源装置によれば、従来の方式よりも入力電流のリップル低減などのインターリーブ方式の効果を損なうことがなく、第１スイッチング部と第２スイッチング部におけるそれぞれのスイッチングのオンオフタイミングの時間的な重なりにより発生するスイッチングノイズを低減させることができる。

本発明による電源装置の実施例を示すブロック図である。本発明による位相切換部の実施例を示すブロック図である。スイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ減少）スイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ増加）入力電圧の半周期における入力電流とスイッチングにおける位相切換タイミングを示す説明図である。スイッチングされた電圧のオンデューティが５０％に近づいた時のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ減少）スイッチングされた電圧のオンデューティが５０％からさらに減少した時のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ減少）スイッチングされた電圧のオンデューティが５０％に近づいた時のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ増加）スイッチングされた電圧のオンデューティが５０％からさらに増加した時のタイミング関係を説明する説明図である。（オンデューティ増加）

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明によるインダクタ電流連続モードで動作し、Ａ相用とＢ相用の２つのスイッチング部を備えたインターリーブ方式のＰＦＣコンバータからなる電源装置１の実施例を示すブロック図である。
この電源装置１は、入力端子２と入力端子３に接続される図示しない交流電源を整流する整流器４と、入力端子２と入力端子３の間に並列に接続された入力電圧検出部４０と、平滑コンデンサ１３と、入力端２１ａと出力端２１ｂと共通端２１ｃと信号端２１ｄとを備えたＡ相スイッチング部（第１スイッチング部）２１と、入力端２２ａと出力端２２ｂと共通端２２ｃと信号端２２ｄとを備えたＢ相スイッチング部（第２スイッチング部）２２とを備えている。

また、この電源装置１は、入力された２つのクロック信号のそれぞれに基づいてＰＷＭ変調により生成した２つのスイッチング信号の一方をＡ相用スイッチング信号（第１スイッチング信号）としてＡ相スイッチング部２１に、また、他方のスイッチング信号をＢ相用スイッチング信号（第２スイッチング信号）としてＢ相スイッチング部２２へ出力すると共に、ＰＷＭ変調で用いられるオンデューティ値を後述する状態信号として出力するスイッチング制御部１６と、２つのスイッチング信号を生成する時に使用され、所定の位相差の２つのクロック信号を発生させて、スイッチング制御部１６へ出力するクロック信号発生部（クロック信号発生手段）２０と、クロック信号発生部２０へ位相切換信号を出力してクロック信号発生部２０から出力される２つのクロック信号の位相差を切り換える位相切換部（位相切換手段）３０とを備えている。なお、スイッチング制御部１６には入力電圧検出部４０で検出した入力電圧（瞬時電圧）が入力電圧信号として入力されている。

そして、Ａ相スイッチング部２１は、入力端２１ａが整流器４の正極に、共通端２１ｃが整流器４の負極に、出力端２１ｂが平滑コンデンサ１３の正極端に、信号端２１ｄがスイッチング制御部１６のＡ相用スイッチング信号の出力端に、それぞれ接続されている。また、Ｂ相スイッチング部２２も同様に、入力端２２ａが整流器４の正極に、共通端２２ｃが整流器４の負極に、出力端２２ｂが平滑コンデンサ１３の正極端に、信号端２２ｄがスイッチング制御部１６のＢ相用スイッチング信号の出力端に、それぞれ接続されている。そして、平滑コンデンサ１３の負極端は整流器の負極に接続されている。また、平滑コンデンサ１３の正極端が正極電圧出力端１４に、また、平滑コンデンサ１３の負極端が負極電圧出力端１５にそれぞれ接続されている。

一方、Ａ相スイッチング部２１は、入力端２１ａに一端が接続されたインダクタ６と、同インダクタ６の他端がアノード端子に接続されカソード端子が出力端２１ｂに接続されたダイオード１２と、インダクタ６の他端と共通端２１ｃとの間に接続され、信号端２１ｄからゲート端子に入力されるＡ相用スイッチング信号によりオン／オフするＩＧＢＴ７（Ａ相スイッチング素子）とを備えている。また、ＩＧＢＴ７のコレクタ端子はダイオード１２のアノード端子に、また、ＩＧＢＴ７のエミッタ端子は共通端２１ｃにそれぞれ接続されている。さらに、Ａ相スイッチング部２１はＩＧＢＴ７のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧を検出してＡ相電圧信号として出力するＡ相電圧検出部（第１電圧検出部）１０を備えている。

同様に、Ｂ相スイッチング部２２は、入力端２２ａに一端が接続されたインダクタ５と、同インダクタ５の他端がアノード端子に接続されカソード端子が出力端２２ｂに接続されたダイオード１１と、インダクタ５の他端と共通端２２ｃとの間に接続され、信号端２２ｄからゲート端子に入力されるＢ相用スイッチング信号によりオン／オフするＩＧＢＴ８（Ｂ相スイッチング素子）とを備えている。また、ＩＧＢＴ８のコレクタ端子はダイオード１１のアノード端子に、また、ＩＧＢＴ８のエミッタ端子は共通端２２ｃにそれぞれ接続されている。さらに、Ｂ相スイッチング部２２はＩＧＢＴ８のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧を検出してＢ相電圧信号として出力するＢ相電圧検出部（第２電圧検出部）９を備えている。

クロック信号発生部２０は、Ａ相用クロック信号を発生させてスイッチング制御部１６へ出力するクロック発生部１８と、入力されたＡ相用クロック信号から位相を１８０度遅延させた１８０度遅延クロック信号と１９１度遅延させた１９１度遅延クロック信号の２つのクロック信号を発生させる遅延信号発生部１９と、これらの２つのクロック信号が入力され、位相切換信号によって１８０度遅延クロック信号と１９１度遅延クロック信号のいずれか一方を選択してスイッチング制御部１６へＢ相用クロック信号として出力するクロック切換部１７とを備えている。なお、クロック切換部１７は、位相切換信号がローレベルの時に１８０度遅延クロック信号を、また、ハイレベルの時に１９１度遅延クロック信号を出力する。

なお、Ａ相用クロック信号とＢ相用クロック信号の位相差が１８０度の場合を第１位相差、また、この位相差が１９１度の場合を第２位相差と呼称する。
なお、本実施例では、位相切換部３０が出力する位相切換信号によってクロック切換部１７がＡ相用クロック信号に対して予め位相が決められた１８０度遅延クロック信号と１９１度遅延クロック信号を切り換えてＢ相用クロック信号として出力、つまり、位相が選択されたＢ相用クロック信号として出力しているが、これに限るものでなく、クロック信号発生部２０が位相切換信号に対応する位相差を持ったＢ相用クロック信号を生成するようにしてもよい。

位相切換部３０はＡ相電圧信号とＢ相電圧信号とＡ相用クロック信号とスイッチング制御部１６から出力されるスイッチング制御部１６のスイッチング制御状態を示す状態信号であるオンデューティー値が入力され、入力されたＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化タイミングが時間的に重ならないようにＢ相用クロック信号を選択するために位相切換信号をクロック切換部１７へ出力する機能を備えている。

次に位相切換部３０の内部ブロックを説明する前に、位相切換部３０の概略機能を図３を用いて説明する。
図３は各クロック信号に基づいて各スイッチング信号が生成され、このスイッチング信号によってＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を駆動するタイミングを説明するものである。
図３において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図３（１）はＡ相用クロック信号、図３（２）はＢ相用クロック信号、図３（３）はＡ相用スイッチング信号、図３（４）はＢ相用スイッチング信号、図３（５）はＡ相電圧信号、図３（６）はＢ相電圧信号をそれぞれ示している。また、ｔ１〜ｔ１１は時刻を示している。

図３（３）に示すＡ相用スイッチング信号は図３（１）に示すＡ相用クロック信号に基づいて生成される。例えばＡ相用クロック信号のｔ１〜ｔ８がＡ相用スイッチング信号の１周期と対応している。図３（２）のＢ相用クロック信号はＡ相用クロック信号から位相が１８０度遅れているため、Ｂ相用クロック信号のｔ５〜ｔ１１がＢ相用スイッチング信号の１周期と対応している。

この実施例では各スイッチング信号のハイレベルの期間をオンデューティーの期間としており、このスイッチング信号がゲート端子に入力されたＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のコレクタ端子にそれぞれ接続されたＡ相電圧検出部１０及びＢ相電圧検出部９からは各スイッチング信号によって制御された各相の出力電圧に基づいた電圧信号が出力される。ただし、各スイッチング信号と対応する各電圧信号とは位相が反転するため、図３（５）に示すＡ相電圧信号と図３（６）に示すＢ相電圧信号とはローレベルがオンデューティーと対応する期間になる。また、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のターンオン／ターンオフ遅延時間があるため、スイッチング信号のオンオフタイミングよりもこの遅延時間だけ各相電圧信号のオンオフ変化は遅延する。

前述したように、２つのクロック信号には１８０度の位相差があり、これに対応して２つのスイッチング信号も１８０度の位相差がある。なお、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のターンオン／ターンオフ遅延時間が異なるため、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号とは完全に１８０度の位相差ではない。また、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のゲート端子に入力されるスイッチング信号のオンデューティーは基本的に同じであるが、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のターンオン／ターンオフ遅延時間の相違や各スイッチング部に使用されている部品のバラツキにより、ＩＧＢＴ７のコレクタ端子から出力されるＡ相電圧信号のハイレベル時間とＩＧＢＴ８のコレクタ端子から出力されるＢ相電圧信号のハイレベル時間、及び、ＩＧＢＴ７のコレクタ端子から出力されるＡ相電圧のローレベル時間とＩＧＢＴ８のコレクタ端子から出力されるＢ相電圧のローレベル時間はそれぞれ完全に同じではない。

前述したように２つのクロック信号間では１８０度の位相差があるため、各スイッチング信号のオンデューティーが５０％付近ではＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の変化タイミング（信号の立ち上がり／立ち下がり）が重なる可能性がある。具体的にはＡ相電圧信号のｔ４とＢ相電圧信号のｔ６の時間差Ａと、Ｂ相電圧信号のｔ７とＡ相電圧信号のｔ９の時間差Ｂとのいずれかがゼロになった時にＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の変化タイミングが重なることになる。

本願では位相切換部３０がこの時間差Ａと時間差Ｂとをクロック信号の１周期毎に算出し、時間差が所定の閾値以下になった時に、２つのクロック信号の位相差を位相切換信号により切り換えて、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のオンオフ変化タイミング、つまり、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の変化タイミングが重ならないようにしている。なお、以降の説明において、ｔ４とｔ６との間の時間差（絶対値）を時間差Ａ、また、ｔ９とｔ７との間の時間差（絶対値）を時間差Ｂと呼称する。

なお、位相切換部３０は、Ａ相用クロック信号の立ち上がりタイミングｔ１から９０度の位相だけ遅延したｔ３からクロック信号の１周期の時間（２００マイクロセカンド）内でＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のそれぞれ立ち上がり、または、立ち下がりタイミングであるｔ４、ｔ６、ｔ７、ｔ９を検出する。位相切換部３０は、ｔ３を時間の基準（計時の開始）としてｔ４、ｔ６、ｔ７、ｔ９までの時間を計時して記憶する。そして、位相切換部３０は、記憶した４つの時間から時間差Ａと時間差Ｂを算出する。

次に位相切換部３０の構成を説明する。
図２に示すように位相切換部３０は、９０度位相遅延部３１と信号変化検出部３２と記憶部３３と時間差算出部３４と位相切換判定部３５とタイマー部３６と期間移行カウンタ部３７とを備えている。

９０度位相遅延部３１は、入力されたＡ相用クロック信号の位相を９０度遅延させて検出開始信号として出力する。また、タイマー部３６は時間を計時する。
信号変化検出部３２は、入力された検出開始信号の立ち上がりから、次の検出開始信号の立ち上がりまでの間、入力された検出開始信号の立ち上がりタイミングをタイマー部３６による計時の開始点（基準点）として、入力されるＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のそれぞれの立ち上がり／立ち下がり（ＩＧＢＴのオフ／オンと対応）のオンオフ変化が生じるまでの時間をタイマー部３６を用いて計時し、オンオフ変化時間として出力する。また、記憶部３３は入力されたオンオフ変化時間を記憶する。信号変化検出部３２は、次の検出開始信号の立ち上がりが入力されると記憶完了のフラグを”１”にして記憶部３３に記憶させる。

時間差算出部３４は、記憶部３３の記憶完了のフラグを監視し、このフラグが”１”になったら記憶部３３からオンオフ変化時間を読み出して時間差Ａと時間差Ｂを算出して位相切換判定部３５へ出力する。
期間移行カウンタ部３７は初期値が１であり、位相切換判定部３５から後述する更新指示がある度にカウント値を１づつ加算し、カウント値が６になったら次は１の初期値に戻す。このカウント値を期間識別値と呼称する。なお、期間移行カウンタ部３７は電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間に対応して位相切換判定部３５の制御状態を順次遷移させるカウンタである。この６つの期間において、第１位相差と第２位相差のいずれを選択するかがこの期間移行カウンタ部３７のカウント値で決定される。なお、このカウント値と位相切換判定部３５の制御状態との関係については後で詳細に説明する。

位相切換判定部３５は、９０度位相遅延部３１が出力する検出開始信号が入力されており、入力された検出開始信号の立ち上がりから、次の検出開始信号の立ち上がりまでの１クロック期間毎に、位相切換信号をハイレベルまたはローレベルにするか判定して出力する。前述したように、信号変化検出部３２は検出開始信号の立ち上がりから、次の検出開始信号の立ち上がりまでの１クロック期間毎に検出したＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化時間と記憶完了のフラグを記憶部３３に記憶する。時間差算出部３４は記憶完了のフラグによって検出開始信号の立ち上がりタイミングを知ることができ、このタイミングで時間差Ａと時間差Ｂを算出して位相切換判定部３５へ出力する。従って、位相切換判定部３５には検出開始信号の立ち上がりから、次の検出開始信号の立ち上がりまでの１クロック期間における時間差Ａと時間差Ｂが入力されることになる。

時間差Ａと時間差Ｂが入力された位相切換判定部３５は期間移行カウンタ部３７からカウント値である期間識別値を読み出す。位相切換判定部３５はこの期間識別値と対応する条件と、入力された時間差と予め定めた時間差閾値との比較結果により、次の検出開始信号の立ち上がり時点で位相切換信号をハイレベル又はローレベルで出力する。なお、期間識別値に対応する条件と、入力された時間差と予め定めた時間差閾値との比較結果の関係については後で詳細に説明する。また、期間識別値に対応する条件と時間差閾値は予め位相切換判定部３５の内部に記憶されている。

また、位相切換判定部３５は、位相切換信号をハイレベルからローレベル、また、ローレベルからハイレベルに変化させた時と、入力されたオンデューティー値が減少から増加に転じた時、及び、入力されたオンデューティー値が増加から減少に転じた時に期間移行カウンタ部３７へ更新指示を出力して期間移行カウンタ部３７のカウンタを更新させる。このカウント動作についても後で詳細に説明する。

次に電源装置１の動作について説明する。
入力端子２と入力端子３の間に交流電圧が印加されると、この交流電圧が整流器４で整流されて直流電圧となってＡ相スイッチング部２１とＢ相スイッチング部２２のそれぞれ入力端に印加される。また、クロック発生部１８もＡ相用クロック信号を発生してスイッチング制御部１６へ出力する。一方、位相切換部３０は位相切換信号をローレベルとして出力する。ローレベルの位相切換信号が入力されたクロック切換部１７は、Ａ相用クロック信号を１８０度遅延させたクロック信号をＢ相用クロック信号としてスイッチング制御部１６へ出力する。

スイッチング制御部１６は、入力されたＡ相用クロック信号に基づいてＰＷＭ変調したＡ相用スイッチング信号をＡ相スイッチング部２１に、また、入力されたＢ相用クロック信号に基づいてＰＷＭ変調したＢ相用スイッチング信号をＢ相スイッチング部２２へ出力する。各スイッチング部は入力されたスイッチング信号に従ってＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のオンオフの制御を行なう。

図５は電源装置１に入力される交流電源の半周期における入力電圧と入力電流を示すと共に、Ｂ相用クロック信号における位相切換タイミングを示す説明図である。
スイッチング制御部１６は力率を１に近づけるため、入力電流が正弦波の波形に近づくようにＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を駆動する各スイッチング信号のオンデューティーを制御する。このため、スイッチング制御部１６は、入力電圧検出部４０で検出した入力電圧（瞬時電圧）が低い時はオンデューティーを大きくし、入力電圧が高い時はオンデューティーを小さくする。

このため、スイッチング制御部１６は入力電圧の大きさ（瞬時電圧）に対応して、例えば入力電圧がほぼ０ボルトの時にオンデューティーを１００％とし、入力電圧が徐々に高くなるに従ってオンデューティーを減少させていき、入力電圧がピークになった時にオンデューティーを０％にする。そして、スイッチング制御部１６は、入力電圧が徐々に低下するに従ってオンデューティーを増加させていく。なお、電源装置１の入力電圧のピーク電圧が定格電圧よりも低い場合は完全に０％になることがないが、オンデューティが入力電圧の瞬時値に対応して増加と減少を繰り返す動作は入力電圧のピーク電圧の値に関係がない。

このようにスイッチング制御部１６は、入力電圧が半周期変化する間に、オンデューティーを例えば１００％から０％、さらに０％から１００％に制御する。位相差が１８０度のスイッチングを行なう従来のインターリーブ方式の電源装置では、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８がオンオフする時にノイズが常に発生している。前述したようにスイッチング制御部１６がオンデューティを例えば０〜１００％可変させて制御すると、入力電圧の位相が例えば３０度付近と１５０度付近でオンデューティーが約５０％になるため、このオンデューティーが約５０％付近で２つの相のＩＧＢＴのオンオフタイミングが重なり、同じタイミングでノイズが発生することになり、タイミングが重ならない場合に比較してノイズのレベルが大きくなり、図５の破線で示すような大きなノイズが発生していた。

本発明では前述したように、位相切換部３０はＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化タイミングを監視し、このタイミングが重なる時期に近づいて来たらこのタイミングが重ならないように、Ａ相用クロック信号に対するＢ相用クロック信号の位相を変える制御を行なう。つまり、位相切換部３０はＢ相用クロック信号として１８０度遅延クロック信号または１９１度遅延クロック信号のいずれかを選択する。このため、２つの相のＩＧＢＴのオンオフのタイミングが重ならず、このような大きなノイズは発生しない。

前述した入力電圧が半周期変化する間に位相切換判定部３５は、図５に示す期間１〜期間６までの６つの期間に対応してＢ相用クロック信号の位相を切り換える位相切換信号を出力する。位相切換判定部３５はＡ相用クロック信号を基準としてＢ相用クロック信号の位相を、期間１では位相１８０度、期間２では位相１９１度、期間３と期間４では位相１８０度、期間５では位相１９１度、期間６では位相１８０度にそれぞれ遅延させる位相切換信号を出力する。従って位相切換判定部３５は入力電圧が半周期変化する間に前述した期間１〜期間６に対応して位相切換信号を出力する。

図３は図５で説明した期間１の区間においてＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を駆動する各スイッチング信号のオンデューティが減少する場合を示している。なお、この図３は期間１の区間を説明するものであるため位相切換信号がローベルの時、つまり、Ａ相用クロック信号とＢ相用クロック信号の位相差が１８０度の場合を示している。

図３（１）と図３（２）に示すようにクロック信号発生部２０は、Ａ相用スイッチング信号とＢ相用スイッチング信号の元となるＡ相用クロック信号とＢ相用クロック信号の位相差を１８０度として出力しており、各クロック信号の立ち上がり、例えばＡ相用クロック信号ではｔ１が、また、Ｂ相用クロック信号ではｔ５が、各スイッチング信号の周期の始まりとなっている。本実施例ではＡ相用クロック信号とＢ相用クロック信号の周波数が５キロヘルツ（１周期が２００マイクロセカンド）となっている。また、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のターンオン／ターンオフ遅延時間（ＩＧＢＴによる遅延時間）を２マイクロセカンドとしている。なお、遅延信号発生部１９が出力する１８０度遅延クロック信号と１９１度遅延クロック信号との位相差に対応する時間を位相シフト時間と呼称する。

また、位相切換部３０内の９０度位相遅延部３１は、入力されたＡ相用クロック信号の立ち上がりタイミングから位相を９０度（５０マイクロセカンド）遅延させた検出開始信号を信号変化検出部３２へ出力しているため、信号変化検出部３２でＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化（立ち上がり、立ち下がりタイミング）を検出可能な時間はｔ３〜ｔ１０の２００マイクロセカンドの範囲となる。これは、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化の重なりが予想されるタイミングはｔ６とｔ９であり、ｔ３〜ｔ１０の範囲でこの重なりの前後のタイミングを検出できればよいためである。例えばｔ１〜ｔ３の範囲ではこの重なりタイミングが発生しないため、位相切換部３０はＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化をすべて検出できなくても問題ない。

Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号は前述したように各スイッチング部のＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のコレクタ〜エミッタ端子間の電圧のオンオフ変化タイミングを示す信号であるため、スイッチング制御部１６から出力される図３（３）に示すＡ相用スイッチング信号、又は図３（４）に示すＢ相用スイッチング信号がハイレベルの期間（オンデューティーの期間）にＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８がオンとなり、この結果、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の各信号がローレベルとなる。図５で説明したようにスイッチング制御部１６は、入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるにつれてオンデューティーを減少させるため、図５の期間１の例として説明したように、ＡＣ電圧波形の位相０度から時間の経過と共に、オンデューティーは減少し、これに対応してＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の各信号がローレベルとなる時間（パルスのオフ時間）も減少する。
なお、これ以降、特に断りがない限り『相電圧オンデューティ』は、Ａ相電圧信号又はＢ相電圧信号の１周期の期間に対してこれらの信号がローレベルとなる期間の割合を示す。

なお、スイッチング制御部１６は、基本的に同じオンデューティーでＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を制御するが、部品のバラツキにより例えば２％程度だけＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティが異なる場合がある。

図３においてスイッチング制御部１６がＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティを６０％（１２０マイクロセカンド）にした場合、近接するＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化タイミングは、ｔ４とｔ６、及びｔ９とｔ７になる。

位相切換部３０内の信号変化検出部３２はｔ３で検出開始信号の立ち上がりが入力されると、タイマー部３６に対して計時の開始を指示し、ｔ３の時点を時間の基準としてＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化（立ち上がり、又は立ち下がり）が発生するまでの時間を計時する。信号変化検出部３２はＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のいずれかでオンオフ変化が発生すると、その時までの時間をタイマー部３６から読み出してオンオフ変化の種別情報、例えば『Ａ相電圧信号の立ち上がり』と共にタイマー部３６から読み出した時間を１つのオンオフ変化時間のデータとして記憶部３３へ記憶させる。

従ってｔ３〜ｔ１０の範囲内でｔ３を基準としたｔ４（３２マイクロセカンド）、ｔ６（５２マイクロセカンド）、ｔ７（１３２マイクロセカンド）、ｔ９（１５２マイクロセカンド）までの４つのオンオフ変化時間とこれらの種別情報が記憶部３３に記憶される。信号変化検出部３２は、検出開始信号の次の立ち上がりがｔ１０で入力されると１周期記憶完了のフラグを記憶部３３に記憶させる。そして信号変化検出部３２は、次のＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化の監視を開始すると共に、検出開始信号の次の立ち上がりを監視する。

時間差算出部３４は記憶部３３に記憶される１周期記憶完了のフラグを監視し、このフラグを検出した場合、このフラグを消去すると共に、他に記憶されているオンオフ変化の種別と、これに対応するオンオフ変化時間をすべて記憶部３３から読み出した後に記憶部３３の記憶内容を消去し、記憶部３３から読み出したオンオフ変化時間から時間差Ａと時間差Ｂを算出して位相切換判定部３５へ出力する。従って図３の場合、時間差算出部３４は時間差Ａを２０マイクロセカンド、時間差Ｂを２０マイクロセカンドと算出して出力する。

なお、時間差算出部３４は時間差Ａと時間差Ｂを算出するための条件、つまり、タイマー部３６が計時を開始してからＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のそれぞれ立ち上がりと立ち下がりまでの４つの時間が記憶部３４にすべてそろった状態でなければ、それぞれ時間差の算出と出力を実行しない。これは前述したように各相電圧信号の検出範囲を限定しているためであり、検出範囲外でオンオフ変化がある場合は２つの相電圧信号のオンオフ変化の重なりタイミングがないからである。

位相切換判定部３５は内部に＜期間遷移条件＞と＜実行動作＞の内容と時間差閾値とを記憶しており、以下に説明する＜期間遷移条件＞に合致するか否かを判定し、合致した場合、この条件と対応する＜実行動作＞を行なった後に期間移行カウンタ部３７のカウント値（期間識別値）を更新し、次の期間に移行する。なお、この期間識別値は図５で説明した期間１〜期間６と対応している。また、前述したように、位相切換判定部３５から出力される更新指示の信号によってこの期間識別値が１〜６に、また、６の次は１に順次更新される。また、期間遷移条件に当てはまらない場合と、時間差Ａと時間差Ｂが入力されない場合は何もしないで現在の状態を維持する。
期間１：＜期間遷移条件＞時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値未満、＜実行動作＞位相差信号をハイレベルにして期間識別値を２に更新（期間２へ移行）。
期間２：＜期間遷移条件＞時間差Ａが時間差閾値未満、＜実行動作＞位相差信号をローレベルにして期間識別値を３に更新（期間３へ移行）。
期間３：＜期間遷移条件＞スイッチング制御部１６から出力されるオンデューティ値が減少方向から増加方向に変化、＜実行動作＞期間識別値を４に更新（期間４へ移行）。
期間４：＜期間遷移条件＞時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値未満、＜実行動作＞位相差信号をハイレベルにして期間識別値を５に更新（期間５へ移行）。
期間５：＜期間遷移条件＞時間差Ｂが時間差閾値未満、＜実行動作＞位相差信号をローレベルにして期間識別値を６に更新（期間６へ移行）。
期間６：＜期間遷移条件＞スイッチング制御部１６から出力されるオンデューティ値が増加方向から減少方向に変化、＜実行動作＞期間識別値を１に更新（期間１へ移行）。

図３の場合、位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部が示す期間識別値が１（期間１）であるため、予め定めた時間差閾値（５マイクロセカンド）と、入力された時間差Ａ（２０マイクロセカンド）と時間差Ｂ（２０マイクロセカンド）とをそれぞれ比較し、時間差Ａと時間差Ｂは共に時間差閾値より大きく期間遷移条件に当てはまらないため、現状のまま位相差信号をローレベルにしたままとする。

この時間差Ａ又は時間差Ｂがゼロとなった時にＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングとなる。本願では位相切換部３０が時間差Ａと時間差Ｂを監視し、前述した期間遷移条件に従ってＢ相用クロック信号の位相を１８０度から１１度（６マイクロセカンド）だけ遅延させることでＡ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングを回避する。なお、この位相１１度と対応する時間の６マイクロセカンドが位相シフト時間である。

本実施例ではＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８で発生するスイッチングの最大遅延時間から時間差閾値を５マイクロセカンドと規定しているため、位相シフト時間をこれよりも長い時間である６マイクロセカンドに規定している。これにより、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングを確実に回避することができる。このオンオフ変化が重なるタイミングの回避動作については後で詳細に説明する。

図４はＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でスイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図であり、図５で説明した期間４の区間においてスイッチング制御部１６が出力する各相用のスイッチング信号のオンデューティが増加する場合を示している。なお、この図は期間４の区間であるため位相切換信号がローベルの時、つまり、Ａ相用クロック信号とＢ相用クロック信号の位相差が１８０度の場合を示している。

図４において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図４（１）はＡ相用クロック信号、図４（２）はＢ相用クロック信号、図４（３）はＡ相用スイッチング信号、図４（４）はＢ相用スイッチング信号、図４（５）はＡ相電圧信号、図４（６）はＢ相電圧信号をそれぞれ示している。また、ｔ１１〜ｔ２０は時刻を示している。

各クロック信号や各スイッチング信号、各相電圧信号の説明は図３で説明したため省略する。
図４（３）と図４（４）に示すように、スイッチング制御部１６は出力する各相用のスイッチング信号のオンデューティーを入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるに従って減少させ、図４（５）と図４（６）に示すＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティが３０％（６０マイクロセカンド）となった場合、時間差算出部３４が算出するｔ１５〜ｔ１６の時間差Ａとｔ１８〜ｔ１９の時間差Ｂは共に４０マイクロセカンドとなる。この算出された時間差Ａと時間差Ｂが入力された位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部３７が出力する期間識別値が４（期間４）であるため、期間遷移条件の期間４の条件、つまり、時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値未満ではなく期間遷移条件に当てはまらないため、現状のまま位相切換信号をローレベルにしたままとする。

図６はＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でスイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図であり、図５で説明した期間１において、スイッチング制御部１６がＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を駆動するスイッチング信号のオンデューティを入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるに従って減少させる場合を示している。この結果、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングが近づいて、時間差Ａ又と時間差Ｂが共に時間差閾値よりも小さくなったため、位相切換判定部３５が位相切換信号を切り換えて期間１から期間２に移行した場合を示している。

図６において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図６（１）はＡ相用クロック信号、図６（２）はＢ相用クロック信号、図６（３）はＡ相電圧信号、図６（４）はＢ相電圧信号、図６（５）は位相切換信号、図６（６）は期間移行カウンタ部３７のカウント値で示される期間（期間識別値）をそれぞれ示している。また、ｔ２１〜ｔ３５は時刻を示している。

図６（１）に示すようにｔ２２で検出開始信号が立ち上がると、前述したように信号変化検出部３２は検出開始信号の立ち上がり時点をタイマー部３６が計時する基準として、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の立ち上がり／立ち下がりが発生する時間をタイマー部３６から取得し、Ａ相及びＢ相のオンオフ変化時間として記憶部３３へ記憶させる。一方、時間差算出部３４は記憶部３３から取り出したオンオフ変化時間から時間差Ａと時間差Ｂを算出して位相切換判定部３５へ出力する。なお、以降の説明においては、時間差Ａと時間差Ｂが算出されるまでの過程は同じであるため、時間差Ａと時間差Ｂが算出された時点から説明する。

図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間１にあるとき、図６（３）と図６（４）と図６（６）に示すように、スイッチング制御部１６は入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるに従ってオンデューティーを減少させて、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティを５２％（１０４マイクロセカンド）にした場合、時間差算出部３４はｔ２４〜ｔ２５の時間差Ａとｔ２７〜ｔ２８の時間差Ｂとを共に４マイクロセカンドと算出する。

この時間差が入力された位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部３７から入力された期間識別値が１（期間１）であるため、期間遷移条件の期間１の条件、つまり、時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値未満であり期間遷移条件に当てはまると判断し、次の検出開始信号の立ち上がりであるｔ２９で位相切換信号をローレベルからハイレベルにすると共に、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため期間識別値は１から２に更新される。

一方ハイレベルの位相切換信号が入力されたクロック切換部１７は、Ｂ相用クロック信号を現在の１８０度遅延クロック信号から１９１度遅延クロック信号に切り換えてスイッチング制御部１６へ出力する。この結果、図６（２）に示すようにｔ３２のＢ相クロック信号の立ち上がりはｔ３０のＡ相クロック信号の立ち下がりから６マイクロセカンド（位相シフト時間）遅れた信号となる。

このため、ｔ３１〜ｔ３３の時間差Ａはクロック信号切り換え前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の１０マイクロセカンドになり、ｔ３４〜ｔ３５の時間差Ｂはクロック信号切り換え前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドとなる。ただし、ｔ３４のＡ相電圧信号の立ち上がりよりもｔ３５のＢ相電圧信号の立ち下がりが遅れており、さらに期間２の区間はスイッチング制御部１６がオンデューティを減少させる方向であるため、期間２の区間では時間差Ｂは増加する方向になり、図６ではＡ相電圧信号の立ち上がりとＢ相電圧信号の立ち下がりが重なることはない。

この区間２において位相切換判定部３５は、時間差算出部３４で算出された時間差Ａが１０マイクロセカンドであり時間差閾値よりも大きいため、期間遷移条件の期間２の条件、つまり、時間差Ａが時間差閾値未満の条件を満たさないため、位相切換判定部３５は位相切換信号をハイレベルにしたままとする。

図７はＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でスイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図であり、図５で説明した期間２において、スイッチング制御部１６がＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８を駆動するスイッチング信号のオンデューティを入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるに従って減少させる場合を示している。この結果、
時間差Ａが時間差閾値よりも小さくなり、位相切換判定部３５が位相切換信号を切り換えて期間２から期間３に移行した場合を示している。

図７において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図７（１）はＡ相用クロック信号、図７（２）はＢ相用クロック信号、図７（３）はＡ相電圧信号、図７（４）はＢ相電圧信号、図７（５）は位相切換信号、図７（６）は期間移行カウンタ部３７のカウント値で示される期間をそれぞれ示している。また、ｔ４１〜ｔ５３は時刻を示している。

図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間２にあるとき、図７（３）と図７（４）と図７（６）に示すように、スイッチング制御部１６は入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が大きくなるに従ってオンデューティーを減少させて、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティを４９％（９８マイクロセカンド）にした場合、時間差算出部３４はｔ４３〜ｔ４４の時間差Ａを４マイクロセカンド、ｔ４５〜ｔ４６の時間差Ｂを８マイクロセカンドと算出する。

この時、位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部３７から入力された期間識別値が２（期間２）であるため、期間遷移条件の期間２の条件、つまり、時間差Ａが時間差閾値未満の条件を満たしているため、位相切換判定部３５はｔ４７で位相切換信号をハイレベルからローレベルにすると共に、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため期間識別値は２から３に更新される。

一方、ローレベルの位相切換信号が入力されたクロック切換部１７は、Ｂ相用クロック信号を現在の１９１度遅延クロック信号から１８０度遅延クロック信号に切り換えてスイッチング制御部１６へ出力する。この結果、図７（２）に示すようにＢ相クロック信号の立ち上がりはＡ相クロック信号の立ち下がりに同期した信号となる。

このため、ｔ４９〜ｔ５０の時間差Ａはクロック信号を切り換える前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドになり、ｔ５２〜ｔ５３の時間差Ｂはクロック信号切り換え前の８マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドとなる。ただし、ｔ４９のＢ相電圧信号の立ち上がりよりもｔ５０のＡ相電圧信号の立ち下がりが遅れており、また、時間差Ｂが示す期間ではｔ５２のＡ相電圧信号の立ち上がりよりもｔ５３のＢ相電圧信号の立ち下がりが遅れており、さらに期間３の区間はスイッチング制御部１６がオンデューティを減少させる方向であるため、期間３の区間では時間差Ａと時間差Ｂは増加する方向になり、Ａ相電圧信号の立ち上がりとＢ相電圧信号の立ち下がりが時間的に重なることはない。

この期間３において位相切換判定部３５は、期間遷移条件の期間３の条件、つまり、スイッチング制御部１６から出力されるオンデューティ値が減少方向から増加方向に変化した場合に該当しないため、位相切換判定部３５は時間差Ａと時間差Ｂの値に係わらずに位相切換信号をローレベルにしたままとする。
なお、この期間３において位相切換判定部３５は、前述した期間３の条件に該当した場合、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため、期間識別値は３から４に更新される。

図８はＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でスイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図であり、図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間４にあるとき、スイッチング制御部１６が入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が小さくなるに従ってオンデューティーを増加させる場合を示している。この結果、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングが近づいて、時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値よりも小さくなり、位相切換判定部３５が位相切換信号を切り換えて期間４から期間５に移行した場合を示している。

図８において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図８（１）はＡ相用クロック信号、図８（２）はＢ相用クロック信号、図８（３）はＡ相電圧信号、図８（４）はＢ相電圧信号、図８（５）は位相切換信号、図８（６）は期間移行カウンタ部３７のカウント値で示される期間をそれぞれ示している。また、ｔ６１〜ｔ７５は時刻を示している。

図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間４にあるとき、図８（３）と図８（４）と図８（６）に示すように、スイッチング制御部１６は入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が小さくなるに従ってオンデューティーを増加させて、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティを４８％（９６マイクロセカンド）にした場合、時間差算出部３４はｔ６３〜ｔ６４の時間差Ａとｔ６７〜ｔ６８の時間差Ｂとを共に４マイクロセカンドと算出する。

この時、位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部３７から入力された期間識別値が４（期間４）であるため、期間遷移条件の期間４の条件、つまり、時間差Ａと時間差Ｂが共に時間差閾値未満であり期間遷移条件に該当すると判断し、次の検出開始信号の立ち上がりであるｔ６９で位相切換信号をローレベルからハイレベルにすると共に、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため期間識別値は４から５（期間５）に更新される。

一方、ハイレベルの位相切換信号が入力されたクロック切換部１７は、Ｂ相用クロック信号を現在の１８０度遅延クロック信号から１９１度遅延クロック信号に切り換えてスイッチング制御部１６へ出力する。この結果、図８（２）に示すようにＢ相クロック信号は、ｔ７０のＡ相クロック信号の立ち下がりからｔ７１のＢ相クロック信号の立ち上がりまで６マイクロセカンド（位相シフト時間）遅れた信号となる。

このため、時間差算出部３４で算出されたｔ７２〜ｔ７３の時間差Ａはクロック信号切り換え前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドになり、ｔ７４〜ｔ７５の時間差Ｂはクロック信号切り換え前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の１０マイクロセカンドとなる。ただしｔ７２のＡ相電圧信号の立ち下がりよりもｔ７３のＢ相電圧信号の立ち上がりが遅れており、さらに期間５の区間はスイッチング制御部１６がオンデューティを増加させる方向であるため、期間５のＡ相電圧信号では時間差Ａは増加する方向になり、図８においてＡ相電圧信号の立ち上がりとＢ相電圧信号の立ち下がりが重なることはない。

この期間５において位相切換判定部３５は算出された時間差Ｂが１０マイクロセカンドであり時間差閾値よりも大きいため、期間遷移条件の期間５の条件、つまり、時間差Ｂが時間差閾値未満の条件を満たさないため、位相切換判定部３５は位相切換信号をハイレベルにしたままとする。

図９はＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８でスイッチングされた電圧のタイミング関係を説明する説明図であり、図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間５にあるとき、スイッチング制御部１６が入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が小さくなるに従ってオンデューティーを増加させる場合を示している。この結果、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号のオンオフ変化が重なるタイミングが近づいて、時間差Ｂが時間差閾値よりも小さくなり、位相切換判定部３５が位相切換信号を切り換えて期間５から期間６に移行した場合を示している。

図９において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号の電圧を示している。図９（１）はＡ相用クロック信号、図９（２）はＢ相用クロック信号、図９（３）はＡ相電圧信号、図９（４）はＢ相電圧信号、図９（５）は位相切換信号、図９（６）は期間移行カウンタ部３７のカウント値で示される期間をそれぞれ示している。また、ｔ８１〜ｔ９４は時刻を示している。

図５で説明した電源装置１の入力電圧の半周期を６分割した期間のうち期間５にあるとき、図９（３）と図９（４）と図９（６）に示すように、スイッチング制御部１６は入力電圧検出部４０で検出した交流電圧の瞬時電圧が小さくなるに従ってオンデューティーを増加させて、Ａ相電圧信号とＢ相電圧信号の相電圧オンデューティを５１％（１０２マイクロセカンド）にした場合、時間差算出部３４はｔ８３〜ｔ８４の時間差Ａを８マイクロセカンド、ｔ８６〜ｔ８７の時間差Ｂを４マイクロセカンドと算出する。

この時、位相切換判定部３５は、期間移行カウンタ部３７から入力された期間識別値が５（期間５）であるため、期間遷移条件の期間５の条件、つまり、時間差Ｂが時間差閾値未満の条件を満たしているため、位相切換判定部３５はｔ８８で位相切換信号をハイレベルからローレベルにすると共に、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため期間識別値は５から６に更新される。

一方、ローレベルの位相切換信号が入力されたクロック切換部１７は、Ｂ相用クロック信号を現在の１９１度遅延クロック信号から１８０度遅延クロック信号に切り換えてスイッチング制御部１６へ出力する。この結果、図９（２）に示すようにＢ相クロック信号はＡ相クロック信号の立ち下がりに同期した信号となる。

このため、ｔ９１〜ｔ９２の時間差Ａはクロック信号切り換え前の８マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドになり、ｔ９３〜ｔ９４の時間差Ｂはクロック信号切り換え前の４マイクロセカンドからクロック信号切り換え後の２マイクロセカンドとなる。ただし、ｔ９１のＡ相電圧信号の立ち下がりよりもｔ９２のＢ相電圧信号の立ち上がりが遅れており、また、時間差Ｂが示す期間ではｔ９３のＢ相電圧信号の立ち下がりよりもｔ９４のＡ相電圧信号の立ち上がりが遅れており、さらに期間６の区間はスイッチング制御部１６がオンデューティを増加させる方向であるため、期間６では時間差Ａと時間差Ｂとが共に増加する方向になり、Ａ相電圧信号の立ち上がりとＢ相電圧信号の立ち下がりが時間的に重なることはない。

この期間６において位相切換判定部３５は、期間遷移条件の期間６の条件、つまり、スイッチング制御部１６から出力されるオンデューティ値が増加方向から減少方向に変化した場合に該当しないため、位相切換判定部３５は位相切換信号をローレベルにしたままとする。
なお、この期間６において位相切換判定部３５は、前述した期間６の条件に該当した場合は、期間移行カウンタ部３７に更新指示を出力するため、期間識別値は６から１に更新される。

以上説明したように、位相切換部３０の動作によってスイッチング制御部１６が、Ａ相電圧検出部１０とＢ相電圧検出部９で検出されたＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のスイッチングによるＡ相電圧信号とＢ相電圧信号の２つの電圧の立ち上がりと立ち下がりのタイミングに基づいて、Ｂ相用クロック信号の位相を位相１８０度と位相１９１度のいずれかの位相に切り換えてＡ相用スイッチング信号とＢ相用スイッチング信号の位相差を制御している。このため、Ａ相スイッチング部２１とＢ相スイッチング部２２内部でのＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のスイッチングタイミングの時間的な重なりを回避してノイズの発生を低減させることができる。

また、位相１８０度での動作を基本とし、ＩＧＢＴ７とＩＧＢＴ８のスイッチングタイミングの時間的な重なりが発生する前に一時的に位相１９１度に切り換えて、極力、位相差１９１度での動作時間を短く、また、位相差１８０度での動作を長くし、全体として位相差１８０度での動作時間の割合を大きくすることができるため、全体として位相差１８０度を前提としたインターリーブ方式における入力電流のリップル低減などの効果を損なわないようにすることができる。

また、温度、電流、各スイッチング部で使用されるＩＧＢＴ７やＩＧＢＴ８の個々の特性の違いなどで生じるスイッチングのターンオン／ターンオフ時間のバラツキも含めてＡ相用スイッチング信号とＢ相用スイッチング信号の位相差を制御しているため、従来の方式のように、スイッチング素子のターンオン／ターンオフ時間のバラツキの最大値を考慮して予め大きく規定した２つのスイッチング信号の位相差よりも、本願の方式の方が位相差を小さく設計することができ、位相差１８０度を前提としたインターリーブ方式における入力電流のリップル低減などの効果を損なわないようにすることができる。

１電源装置
２入力端子
３入力端子
４整流器
５インダクタ
６インダクタ
７ＩＧＢＴ（Ａ相スイッチング素子）
８ＩＧＢＴ（Ｂ相スイッチング素子）
９Ａ相電圧検出部（第１電圧検出手段）
１０Ｂ相電圧検出部（第２電圧検出手段）
１１ダイオード
１２ダイオード
１３平滑コンデンサ
１４正極電圧出力端
１５負極電圧出力端
１６スイッチング制御部
１７クロック切換部
１８クロック発生部
１９遅延信号発生部
２０クロック信号発生部（クロック信号発生手段）
２１Ａ相スイッチング部（第１スイッチング部）
２１ａ入力端
２１ｂ出力端
２１ｃ共通端
２１ｄ信号端
２２Ｂ相スイッチング部（第２スイッチング部）
２２ａ入力端
２２ｂ出力端
２２ｃ共通端
２２ｄ信号端
３０位相切換部（位相切換手段）
３１９０度位相遅延部
３２信号変化検出部
３３記憶部
３４時間差算出部
３５位相切換判定部
３６タイマー部
３７期間移行カウンタ部
４０入力電圧検出部

Claims

入力された交流電源を整流する整流器と、同整流器で整流された電圧が入力される第１スイッチング部及び第２スイッチング部と、前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部から出力された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記第１スイッチング部を駆動するための第１スイッチング信号と前記第２スイッチング部を駆動するための第２スイッチング信号を予め定められ位相差を持たせて生成するスイッチング制御部と、
前記第１スイッチング部でスイッチングされた電圧を検出し、第１電圧検出信号を出力する第１電圧検出部と、
前記第２スイッチング部でスイッチングされた電圧を検出し、第２電圧検出信号を出力する第２電圧検出部とを備え
前記スイッチング制御部は、前記第１電圧検出信号と前記第２電圧検出信号のそれぞれ立ち上がりと立ち下がりのタイミングに基づいて前記位相差を変えることを特徴とする電源装置。
前記スイッチング制御部は、前記位相差である第１位相差または前記第１位相差よりも大きい第２位相差のいずれかを選択して前記第１スイッチング信号と前記第２スイッチング信号を生成し、
前記第１電圧検出信号の立ち上がりと前記第２電圧検出信号の立ち下がりの間の第１時間差と、前記第１電圧検出信号の立ち下がりと前記第２電圧検出信号の立ち上がりの間の第２時間差のいずれか一方が予め定めた時間差閾値未満の場合、前記第２位相差を選択し、
その後、前記第１時間差又は前記第２時間差のいずれか一方が前記時間差閾値未満となった時、前記第１位相差を選択することを特徴とする請求項１記載の電源装置。