JP2016146732A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電流を得ることができるスイッチング電源装置の提供。【解決手段】出力電流値と目標電流値との偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部１５と、操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電圧を変換して出力するスイッチング回路３と、ＰＩＤ演算部１５を含むプロセッサ２の処理負荷量を検出する処理負荷検出部１７ｂとを備え、出力電流値に応じて、スイッチング回路３のスイッチング周波数を変更し、処理負荷量に応じて、ＰＩＤ演算部１５の演算周波数を変更するスイッチング電源装置。変更したスイッチング周波数及び演算周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ変更する構成である。【選択図】図２

Description

本発明は、検出した電流値と目標電流値との偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算し、演算した操作量に応じたＰＷＭ信号により、入力された電力をスイッチング回路で電力変換して定電流出力すると共に、ＰＩＤ演算するプロセッサの検出した処理負荷量に応じて、ＰＩＤ演算の演算周波数を変更し、検出した電流値に応じて、スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング電源装置に関するものである。

ハイブリッド自動車及び電気自動車では、比較的高圧の動力用電力と従来の比較的低圧（１２Ｖ）の補助電気機器用電力とが使用されており、動力用電力系統及び補助電気機器用電力系統間には、スイッチング電源装置が接続されて、電圧制御及び電流制御に使用されている。また、エンジン駆動自動車でも、エネルギー効率を考慮して、比較的高圧の電力と従来の比較的低圧（１２Ｖ）の電力とを使い分けるものがあり、両電力系統間にスイッチング電源装置が接続されて、電圧制御及び電流制御が行われる。

電流制御及び電圧制御を行うスイッチング電源装置では、出力した電力の電流値及び電圧値を検出し、検出した電流値及び電圧値と目標電流値及び目標電圧値との各高低関係に基づき、検出した電流値（電流制御）又は電圧値（電圧制御）の何れかを選択する。次いで、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御として、選択した電流値（又は電圧値）と目標電流値（又は目標電圧値）との偏差を演算し、演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算する。

ＰＩＤ演算では、（１）式に示すように、偏差ｅをそれぞれ個別に比例演算（ＰゲインＫｐ）、積分演算（ＩゲインＫｉ）、微分演算（ＤゲインＫｄ）したものを加え合わせて操作量ｕとする。
ＰＩＤ演算した操作量ｕは、ＰＷＭ信号に変換され、スイッチング回路が、その変換されたＰＷＭ信号により、入力された電力をスイッチング素子を用いて電力変換して定電圧出力（又は定電流出力）する。

特許文献１には、パルス幅可変なパルス発振器が発振したパルスにより、昇圧トランスの１次側の直流電流を断続し、昇圧トランスの２次側に誘起される交番電圧を整流・平滑し、整流・平滑した出力電圧値又は出力電流値を検知して、パルス発振器のパルス幅の可変制御を比例制御で実施し、定電圧又は定電流を出力するスイッチング電源装置が開示されている。比例制御において、パルス幅と検出値とから得られる制御ゲインを用いている。

特許文献２には、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧制御係の制御特性を、定常ゲインを大きくすることなしに安定化させるＤＣ／ＤＣコンバータの可変ゲイン電圧制御系が開示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する平均電圧制御要素と瞬時電圧制御要素等とによって構成した電圧制御系に、可変ゲイン制御要素を設け、出力端に設けた電流検出器の検出信号を可変ゲイン制御要素にフィードバックさせる。

特許第３４１９６１８号公報 特開平６−２３３５３０号公報

上述したようなスイッチング電源装置では、スイッチングロス等を低減する為に、低出力電流時にスイッチング周波数を低下させるものがある。また、ディジタル制御を行っているものでは、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変えるものがあるが、このようにスイッチング周波数及び演算周波数を変更することにより、通信等その他のソフトウェア処理も同時に変更する必要がある他、電源制御の周波数特性も変化するという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、また、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電圧を得ることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、また、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電圧及び出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチング電源装置は、出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、プロセッサに含まれ該電流検出部が検出した電流値と出力すべき電流値である目標電流値との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とする。

このスイッチング電源装置では、電流検出部が、出力した電力の電流値を検出し、プロセッサに含まれる偏差演算部が、電流検出部が検出した電流値と出力すべき電流値である目標電流値との偏差を演算する。プロセッサに含まれるＰＩＤ演算部が、偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算し、スイッチング回路該が、ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力し、処理負荷検出部が、プロセッサの処理負荷量を検出する。スイッチング周波数変更部が、電流検出部が検出した電流値に応じて、スイッチング回路のスイッチング周波数を変更し、演算周波数変更部が、処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する。ゲイン変更部は、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、該電力の電圧値を検出する電圧検出部と、プロセッサに含まれ該電圧検出部が検出した電圧値と出力すべき電圧値である目標電圧値との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電圧出力するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とする。

このスイッチング電源装置では、電流検出部が、出力した電力の電流値を検出し、電圧検出部が、電力の電圧値を検出する。プロセッサに含まれる偏差演算部が、電圧検出部が検出した電圧値と出力すべき電圧値である目標電圧値との偏差を演算し、プロセッサに含まれるＰＩＤ演算部が、偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算する。スイッチング回路が、ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電圧出力し、処理負荷検出部が、プロセッサの処理負荷量を検出する。スイッチング周波数変更部が、電流検出部が検出した電流値に応じて、スイッチング回路のスイッチング周波数を変更し、演算周波数変更部が、処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する。ゲイン変更部は、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、該電力の電圧値を検出する電圧検出部と、前記電流検出部及び電圧検出部が各検出した電流値及び電圧値と出力すべき電流値及び電圧値である目標電流値及び目標電圧値との関係に基づき、前記各検出した電流値又は電圧値を選択する選択部と、プロセッサに含まれ該選択部が選択した電流値（又は電圧値）と目標電流値（又は目標電圧値）との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力（又は定電圧出力）するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とする。

このスイッチング電源装置では、電流検出部が、出力した電力の電流値を検出し、電圧検出部が、電力の電圧値を検出する。選択部が、電流検出部及び電圧検出部が各検出した電流値及び電圧値と出力すべき電流値及び電圧値である目標電流値及び目標電圧値との関係に基づき、各検出した電流値又は電圧値を選択し、プロセッサに含まれる偏差演算部が、選択部が選択した電流値（又は電圧値）と目標電流値（又は目標電圧値）との偏差を演算する。プロセッサに含まれるＰＩＤ演算部が、偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算し、スイッチング回路が、ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力（又は定電圧出力）し、処理負荷検出部が、プロセッサの処理負荷量を検出する。スイッチング周波数変更部が、電流検出部が検出した電流値に応じて、スイッチング回路のスイッチング周波数を変更し、演算周波数変更部が、処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する。ゲイン変更部は、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記ゲイン変更部は、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に応じて定められた前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを記憶したテーブルを有し、前記スイッチング周波数及び演算周波数に基づき、前記テーブルを参照してＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更するように構成してあることを特徴とする。

このスイッチング電源装置では、ゲイン変更部は、テーブルが、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び演算周波数変更部が変更した演算周波数に応じて定められたＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを記憶しており、スイッチング周波数及び演算周波数に基づき、テーブルを参照してＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記ゲイン変更部は、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを演算するゲイン演算手段を有し、該ゲイン演算手段が演算した結果により、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更するように構成してあることを特徴とする。

このスイッチング電源装置では、ゲイン変更部は、ゲイン演算手段が、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを演算し、ゲイン演算手段が演算した結果により、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、出力する電流又は電圧を検出する検出部と、該検出部が検出した電流又は電圧と所定の目標値との偏差を演算する偏差演算部と、該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力するスイッチング回路と、前記検出部が検出した電流に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、ゲイン変更部は、スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を取得する周波数取得部と、該スイッチング周波数の変調率を取得する変調率取得部と、前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、前記演算部が演算する操作量を補正する操作量補正部とを備え、前記スイッチング回路は、前記操作量補正部が補正した操作量に基づくＰＷＭ信号により定電流出力することを特徴とする。

本発明にあっては、周波数取得部は、スイッチング回路のスイッチング周波数を取得する。周波数取得部が取得するスイッチング周波数を、基本周波数とも称する。スイッチング周波数（基本周波数）は、例えば、１００ｋＨｚ−２００ｋＨｚのいずれかの数値とすることができるが、これに限定されるものではない。変調率取得部は、スイッチング周波数の変調率を取得する。変調率は、基本周波数に対する周波数の変動率を示すものであり、例えば、基本周波数の±１％−±１０％のいずれかの数値とすることができるが、これに限定されない。スイッチング回路のスイッチング周波数を、基本周波数に対して変調率の範囲内でランダムに変更させる（変更後のスイッチング周波数を変調後周波数とも称する）ことにより、ノイズのピークの周波数域をランダムに変動させることができ、例えば、スイッチング電源装置の伝導ノイズを低減することができる。

操作量補正部は、周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び変調率取得部で取得した変調率に基づいて、演算部が演算する操作量を補正する。操作量は、ＰＷＭ信号を生成するためのものであり、例えば、スイッチング回路内のスイッチング素子がオン状態となるオン時間とすることができる。操作量補正部は、以下のようにして操作量を補正する。例えば、基本周波数をＦ１とすると、周期Ｔ１は、Ｔ１＝１／Ｆ１で算出することができる。また、変調後周波数をｆ１とすると周期Ｔ２は、Ｔ２＝１／ｆ１で算出することができる。ＰＷＭ信号のデューティ比をＤとし、基本周波数Ｆ１でのオン時間（操作量）をｔ１とすると、Ｄ＝ｔ１／Ｔ１となる。変調後もデューティ比は変わらないので、変調後において、Ｄ＝ｔ２／Ｔ２の関係が成立する。従って、変調後のオン時間ｔ２（操作量）は、ｔ２＝Ｔ２×Ｄ＝Ｔ２×（ｔ１／Ｔ１）＝（Ｔ２／Ｔ１）×ｔ１＝（Ｆ１／ｆ１）×ｔ１のとおり求めることができる。

スイッチング回路は、操作量補正部が補正した操作量に基づくＰＷＭ信号により定電流出力する。すなわち、スイッチング回路は、変調後周波数に対応するオン時間（操作量）となるようなＰＷＭ信号に基づいて定電流を出力する。これにより、スイッチング周波数（基本周波数）を変調率に基づいてランダムに変調した場合でも演算部が演算する操作量を補正することができるので、ノイズのピークの周波数域をランダムに変動させることができ、スイッチング電源装置の伝導ノイズを低減することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する変調後周波数算出部と、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた補正情報を記憶する記憶部とを備え、前記操作量補正部は、前記記憶部に記憶した補正情報を用いて前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて前記演算部が演算する操作量を補正することを特徴とする。

本発明にあっては、変調後周波数算出部は、周波数取得部で取得したスイッチング周波数（基本周波数）及び変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する。この場合、変調後周波数算出部は、取得した変調率の範囲内で任意の変調率を乱数等で発生させることができる。基本周波数をＦ１、乱数で求めた変調率をｍとすると、変調後周波数をｆ１は、ｆ１＝{（１００＋ｍ）／１００}×Ｆ１で算出することができる。

記憶部は、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた補正情報（補正テーブルとも称する）を記憶する。例えば、基本周波数Ｆ１を、取得した変調率の範囲内で変動させた場合の変調後周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、…とし、それぞれの変調後周波数に対応付けた補正係数をα１、α２、α３、…とする。

操作量補正部は、記憶部に記憶した補正情報を用いて変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて演算部が演算する操作量を補正する。例えば、変調後スイッチング周波数ｆ１に対応する補正係数をα１とし、変調前の補正量（オン時間）をｔ１とすると、変調後の補正量（オン時間ｔ２）は、ｔ２＝α１×ｔ１で求めることができる。補正後の操作量を求める際に、補正係数を乗算するだけなので、除算を行う必要がないので、除算による処理負荷の増大又は計算精度の劣化がなく、より短時間で正確な操作量（オン時間）を繰り返し算出することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する変調後周波数算出部と、複数のスイッチング周波数それぞれに対して、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた複数の補正情報を記憶する記憶部と、前記複数の補正情報の中から前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数に対応する補正情報を選択する選択部とを備え、前記操作量補正部は、前記選択部で選択した補正情報を用いて前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて前記演算部が演算する操作量を補正することを特徴とする。

本発明にあっては、変調後周波数算出部は、周波数取得部で取得したスイッチング周波数（基本周波数）及び変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する。この場合、変調後周波数算出部は、取得した変調率の範囲内で任意の変調率を乱数等で発生させることができる。基本周波数をＦ１、乱数で求めた変調率をｍとすると、変調後周波数をｆ１は、ｆ１＝{（１００＋ｍ）／１００}×Ｆ１で算出することができる。

記憶部は、複数のスイッチング周波数それぞれに対して、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた複数の補正情報を記憶する。例えば、基本周波数Ｆ１を、取得した変調率の範囲内で変動させた場合の変調後周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、…とし、それぞれの変調後周波数に対応付けた補正係数をα１、α２、α３、…とする補正テーブルを記憶する。記憶部は、さらに、基本周波数Ｆ２、Ｆ３、…に対応付けて同様の補正テーブルを記憶する。

選択部は、複数の補正情報の中から周波数取得部で取得したスイッチング周波数に対応する補正情報を選択する。すなわち、選択部は、複数の基本周波数毎に対応して設けられた補正テーブルの中から、取得した基本周波数に対応する補正テーブルを選択する。

操作量補正部は、選択部で選択した補正情報を用いて変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて演算部が演算する操作量を補正する。例えば、取得した基本周波数Ｆ１に対応する補正テーブルにおいて、変調後スイッチング周波数ｆ１に対応する補正係数をα１とし、変調前の補正量（オン時間）をｔ１とすると、変調後の補正量（オン時間ｔ２）は、ｔ２＝α１×ｔ１で求めることができる。これにより、基本周波数が変わる場合でも、取得した基本周波数に対応する補正テーブルを選択することができ、除算による処理負荷の増大又は計算精度の劣化がなく、より短時間で正確な操作量（オン時間）を繰り返し算出することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置は、前記ゲイン変更部は、前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更することを特徴とする。

本発明にあっては、ゲイン変更部は、変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。これにより、変調率に応じて基本周波数をランダムに変更する場合でも、安定した出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置によれば、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置によれば、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電圧を得ることができるスイッチング電源装置を実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置によれば、出力電流値に応じてスイッチング周波数を変更し、処理負荷に応じてＰＩＤ演算の周期を変更する場合でも、電源制御の周波数特性を最適化でき、負荷及び入力電圧が変動する場合でも、安定した出力電圧及び出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を実現することができる。

本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態の使用形態の概要を示すブロック図である。 本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態の概要構成を示すブロック図である。 演算部の内部構成例の概要を示すブロック図である。 Ｐゲインテーブル、Ｉゲインテーブル及びＤゲインテーブルの各イメージの例を示す説明図である。 本発明に係るスイッチング電源装置の動作の例を示すフローチャートである。 スイッチング電源装置のゲイン特性の例を示す特性図である。 本発明に係るスイッチング電源装置のゲイン特性の例を示す特性図である。 第２実施形態のスイッチング電源装置の構成の第１実施例を示すブロック図である。 第２実施形態のスイッチング電源装置の構成の第２実施例を示すブロック図である。 第２実施形態のオン時間補正テーブルの構成の一例を示す説明図である。 第２実施形態のスイッチング電源装置の構成の第３実施例を示すブロック図である。 第２実施形態のスイッチング電源装置の構成の第４実施例を示すブロック図である。 第２実施形態の周波数・オン時間補正テーブルの構成の一例を示す説明図である。

以下に、本発明に係るスイッチング電源装置をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態の使用形態の概要を示すブロック図である。
このスイッチング電源装置１は、車両に搭載されており、図示しないエンジンに連動してオルタネータ（交流発電機）４が発電し整流した電力を与えられ、与えられた電力を目標電圧（例えば１３Ｖ）又は目標電流に電力変換して定電圧出力又は定電流出力する。スイッチング電源装置１が出力した電力は、負荷７に与えられると共に、蓄電装置８に充電される。

オルタネータ４が発電し整流した電力は、スイッチング電源装置１に与えられる一方、負荷５にも与えられ、また、バッテリ６に充電される。
スイッチング電源装置１は、マイクロコンピュータ２及びスイッチング回路３を備えており、マイクロコンピュータ２に制御されたスイッチング回路３が、入力された電力をスイッチング素子を用いて電力変換し、平滑して定電流出力又は定電圧出力する。

図２は、本発明に係るスイッチング電源装置１の実施の形態の概要構成を示すブロック図である。
このスイッチング電源装置１は、スイッチング回路３、電流検出部１１、電圧検出部１２、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、電流制御・電圧制御調停部１４、演算部１５、スイッチング周波数出力部１６、スイッチングパルス出力部１６ｂ、演算周波数出力部１７、処理負荷検出部１７ｂ、加え合わせ点１８及び目標値出力部１９を備えている。これらの内、スイッチング回路３、電流検出部１１及び電圧検出部１２以外は、マイクロコンピュータ（プロセッサ）２内の機能ブロックで表現されている。

電流検出部１１は、スイッチング回路３がスイッチングして電力変換し平滑して定電流出力又は定電圧出力した電力の電流値を検出し、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、電流制御・電圧制御調停部１４及びスイッチング周波数出力部１６にそれぞれ与える。
電圧検出部１２は、スイッチング回路３がスイッチングして電力変換し平滑して定電流出力又は定電圧出力した電力の電圧値を検出し、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３及び電流制御・電圧制御調停部１４にそれぞれ与える。

電流制御・電圧制御調停部（選択部）１４は、電流検出部１１及び電圧検出部１２からそれぞれ与えられた電流値及び電圧値と、目標値出力部１９から与えられた目標電流値及び目標電圧値との高低関係に基づき、電流制御又は電圧制御を選択する。次いで、その選択結果を示す選択信号を電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、演算部１５及び目標値出力部１９に与える。
電流制御・電圧制御調停部１４は、スイッチング電源装置１が出力電流値及び出力電圧値が目標電流値及び目標電圧値を超えないように制御しており、例えば、出力電圧値が目標電圧値より十分低いときは、電流制御を主として選択する。

電流制御・電圧制御マルチプレクサ（選択部）１３は、電流検出部１１及び電圧検出部１２からそれぞれ与えられた電流値及び電圧値の内、選択信号が電流制御を選択しているときは電流値を、選択信号が電圧制御を選択しているときは電圧値を選択し加え合わせ点１８に与える。
目標値出力部１９は、外部から設定された目標電流値及び目標電圧値を記憶しており、記憶している目標電流値及び目標電圧値を電流制御・電圧制御調停部１４に与える。

目標値出力部１９は、また、電流制御・電圧制御調停部１４から与えられた選択信号が、電流制御を示すときは目標電流値を、電圧制御を示すときは目標電圧値を、加え合わせ点（偏差演算部）１８に与える。
加え合わせ点１８は、目標値出力部１９から与えられた目標電流値又は目標電圧値と、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３から与えられた電流値又は電圧値との偏差を演算し、演算部（ＰＩＤ演算部）１５に与える。

スイッチング周波数出力部１６は、電流検出部１１から与えられる電流値に対応するスイッチング周波数を記憶したテーブル１６ａを有しており、与えられた電流値に対応したスイッチング周波数をテーブル１６ａから読出して、演算部１５及びスイッチングパルス出力部１６ｂに与える。
スイッチング周波数は、電流値の高低に応じて高低に定められている。

演算周波数出力部１７は、処理負荷検出部１７ｂから与えられる処理負荷量に対応する演算周波数を記憶したテーブル（周波数変更部）１７ａを有しており、与えられた処理負荷量に対応した演算周波数をテーブル１７ａから読出して、演算部１５へ与える。
演算周波数は、処理負荷量の高低に応じて低高に定められている。
処理負荷検出部１７ｂは、演算部１５、加え合わせ点１８及び処理負荷検出部１７ｂ自身等を含むマイクロコンピュータ（プロセッサ）２の処理負荷量を検出し、演算周波数出力部１７に与える。

演算部１５は、与えられた演算周波数及びスイッチング周波数により、加え合わせ点１８から与えられた偏差に基づくＰＩＤ演算（（１）式）を行い、その演算結果を操作量としてスイッチングパルス出力部１６ｂに与える。
スイッチングパルス出力部１６ｂは、演算部１５から与えられた操作量をＰＷＭ制御のデューティに変換し、変換したデューティ、及び与えられたスイッチング周波数に基づき、スイッチングパルス（ＰＷＭ信号）を作成し、スイッチング回路３に与える。
スイッチング回路３は、与えられたスイッチングパルスに基づきスイッチング素子をスイッチングすることにより、入力された電力を電力変換し平滑して定電流出力又は定電圧出力する。

図３は、演算部１５の内部構成例の概要を示すブロック図である。
演算部１５は、切替部２０、電流制御用のＰゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２、Ｄゲインテーブル２３、電圧制御用のＰゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５、Ｄゲインテーブル２６、アンプ２７，２８，２９、比例要素３１、積分要素３２、微分要素３３及び加え合わせ点３０を備えている。

切替部２０は、電流制御・電圧制御調停部１４から与えられた選択信号が電流制御を示すときは、演算周波数出力部１７から与えられた演算周波数、及びスイッチング周波数出力部１６から与えられたスイッチング周波数を、Ｐゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２及びＤゲインテーブル２３側へ切替え出力する。また、選択信号が電圧制御を示すときは、演算周波数出力部１７から与えられた演算周波数、及びスイッチング周波数出力部１６から与えられたスイッチング周波数を、Ｐゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５及びＤゲインテーブル２６側へ切替え出力する。

Ｐゲインテーブル２１は、スイッチング周波数及び演算周波数に対応してＰゲインＫｐが設定されており、イメージが、例えば図４Ａに示すような空間座標系により、Ｋｐ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃ；定数、ｘ；スイッチング周波数、ｙ；演算周波数）で表現される。ＰゲインＫｐは、数値シミュレーション又は実際の試行錯誤により求められ、例えば、スイッチング周波数及び演算周波数の高低に関係なく略一定になるように設定されている。

Ｉゲインテーブル２２は、スイッチング周波数及び演算周波数に対応してＩゲインＫｉが設定されており、イメージが、例えば図４Ｂに示すような空間座標系により、Ｋｉ＝ｄｘ＋ｅｙ＋ｆ（ｄ，ｅ，ｆ；定数、ｘ；スイッチング周波数、ｙ；演算周波数）で表現される。ＩゲインＫｉは、数値シミュレーション又は実際の試行錯誤により求められ、例えば、スイッチング周波数及び演算周波数の高低に対応して高低となるように設定されている。

Ｄゲインテーブル２３は、スイッチング周波数及び演算周波数に対応してＤゲインＫｄが設定されており、イメージが、例えば図４Ｃに示すような空間座標系により、Ｋｄ＝ｇｘ＋ｈｙ＋ｊ（ｇ，ｈ，ｊ；定数、ｘ；スイッチング周波数、ｙ；演算周波数）で表現される。ＤゲインＫｄは、数値シミュレーション又は実際の試行錯誤により求められ、例えば、スイッチング周波数及び演算周波数の高低に対応して低高となるように設定されている。
電圧制御用のＰゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５、Ｄゲインテーブル２６についても、スイッチング周波数及び演算周波数に対応して、それぞれのイメージで設定されている。

電流制御用のＰゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２、Ｄゲインテーブル２３は、スイッチング周波数及び演算周波数が与えられると、与えられたスイッチング周波数及び演算周波数に対応するゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄをそれぞれ読出し、読出したゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄにより、アンプ２７，２８，２９の各ゲインをそれぞれ設定変更する。

電圧制御用のＰゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５、Ｄゲインテーブル２６は、スイッチング周波数及び演算周波数が与えられると、与えられたスイッチング周波数及び演算周波数に対応するゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄをそれぞれ読出し、読出したゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄにより、アンプ２７，２８，２９の各ゲインをそれぞれ設定変更する。
尚、電流制御用のＰゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２、Ｄゲインテーブル２３、電圧制御用のＰゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５、Ｄゲインテーブル２６の代わりに、与えられたスイッチング周波数及び演算周波数により、Ｋｐ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ，Ｋｉ＝ｄｘ＋ｅｙ＋ｆ，Ｋｄ＝ｇｘ＋ｈｙ＋ｊ等の演算を行う演算子（ゲイン演算手段）を設けても良い。

アンプ２７，２８，２９は、加え合わせ点１８から与えられた偏差を、設定変更された各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄにより増幅して、それぞれ比例要素３１、積分要素３２、微分要素３３に与える。
比例要素３１は、ゲインＫｐにより増幅され与えられた偏差を比例演算し、加え合わせ点３０に与える。

積分要素３２は、ゲインＫｉにより増幅され与えられた偏差を積分演算し、加え合わせ点３０に与える。
微分要素３３は、ゲインＫｄにより増幅され与えられた偏差を微分演算し、加え合わせ点３０に与える。
加え合わせ点３０は、与えられた比例演算された偏差、積分演算された偏差及び微分演算された偏差を加え合わせて、操作量としてスイッチング回路３（図２）に与える。

以下に、このような構成のスイッチング電源装置の動作の例を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、電流制御・電圧制御調停部１４が、電流検出部１１及び電圧検出部１２がそれぞれ検出した電流値及び電圧値を取得し、スイッチング周波数出力部１６が、電流検出部１１が検出した電流値を取得し、演算周波数出力部１７が、処理負荷検出部１７ｂが検出した処理負荷量を取得する（Ｓ１）。

次に、スイッチング周波数出力部１６が、電流検出部１１から与えられた電流値に対応したスイッチング周波数をテーブル１６ａから読出して、スイッチングパルス出力部１６ｂ及び演算部１５へ与えることにより、スイッチング周波数を変更する。
また、演算周波数出力部１７が、処理負荷検出部１７ｂから与えられた処理負荷量に対応した演算周波数をテーブル１７ａから読出して、演算部１５へ与えることにより、演算周波数を変更する（Ｓ３）。

電流制御・電圧制御調停部１４は、次に、取得した電流値及び電圧値と、目標値出力部１９から与えられた目標電流値及び目標電圧値との高低関係に基づき、電流制御又は電圧制御を選択する（Ｓ５）。次いで、その選択結果を示す選択信号を電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、演算部１５及び目標値出力部１９に与える。

電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３は、電流検出部１１及び電圧検出部１２からそれぞれ与えられた電流値及び電圧値の内、選択信号に応じて電流値又は電圧値を選択し、加え合わせ点１８に与える。
演算部１５は、スイッチング周波数出力部１６及び演算周波数出力部１７から与えられたスイッチング周波数及び演算周波数に対応するＰゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインを、選択信号に応じてＰゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２、Ｄゲインテーブル２３、又はＰゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５、Ｄゲインテーブル２６を参照して読出し、ＰＩＤ演算の各アンプ２７，２８，２９に設定変更する（Ｓ７）。

加え合わせ点１８は、目標電流値又は目標電圧値と、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３から与えられた電流値又は電圧値との偏差を演算し、演算部１５に与える（Ｓ９）。
演算部１５は、加え合わせ点１８から与えられた偏差に基づくＰＩＤ演算を、与えられた演算周波数により、アンプ２７，２８，２９、比例要素３１、積分要素３２及び微分要素３３において行い、その演算結果を操作量としてスイッチングパルス出力部１６ｂに与える（Ｓ１１）。

スイッチングパルス出力部１６ｂは、演算部１５から与えられた操作量をデューティに変換し、変換したデューティとスイッチング周波数出力部１６から与えられたスイッチング周波数とに基づき、スイッチングパルス（ＰＷＭ信号）を作成して、スイッチング回路３に与える（Ｓ１３）。スイッチング回路３は、入力された電力をスイッチング素子を用いて電流制御又は電圧制御して出力する（Ｓ１５）。次いで、電流制御・電圧制御調停部１４が、電流検出部１１及び電圧検出部１２がそれぞれ検出した電流値及び電圧値を取得し、スイッチング周波数出力部１６が、電流検出部１１が検出した電流値を取得し、演算周波数出力部１７が、処理負荷検出部１７ｂが検出した処理負荷量を取得する（Ｓ１）。

入出力電圧及び負荷に変動があるスイッチング電源装置のフィードバック制御系では、出力電流値に応じてスイッチング周波数を、処理負荷量に応じて演算周波数をそれぞれ変更し、また、特定の条件に合わせたＰＩＤ演算のゲインが設定されている。しかし、入力及び負荷の変動に対して出力電圧及び出力電流への制御が必ずしも最適でない場合があり、応答性及び安定性が悪化することがある。
そこで、本発明に係るスイッチング電源装置のように、スイッチング周波数及び演算周波数に応じて、ＰＩＤ演算のＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更し、動的にそれらのバランスを変えることにより、負荷及び入力電圧が変動する電源制御系でも、安定した出力電流及び出力電圧を得ることができる。

例えば、従来は、図６Ａに示すように、電流量の増減など制御系の特性変化により低域のゲインが失われた場合、図６Ｂに示すように、ゲイン補償によりＰゲインのみ上げた場合、ゲインが０ｄＢとなる周波数が上昇し、所謂位相余裕が無くなり、制御が不安定になってしまう。
一方、本発明のように、ＰＩＤ演算のＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更することにより全体ゲインを上げた場合、図７に示すように、ゲインが０ｄＢとなる周波数は変わらず、ゲイン余裕は増加し、位相余裕は変化せず、制御の安定性を保つことができる。

尚、本実施の形態では、電流制御・電圧制御調停部１４及び電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３を備えて、電流制御・電圧制御調停部１４が選択した電流制御又は電圧制御を実行するスイッチング電源装置について説明したが、電流制御又は電圧制御のみを実行するスイッチング電源装置についても、同様の作用、効果を奏することが可能である。

電流制御のみを実行するスイッチング電源装置の場合、電流制御・電圧制御調停部１４、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、電圧検出部１２、切替部２０、Ｐゲインテーブル２４、Ｉゲインテーブル２５及びＤゲインテーブル２６、並びにそれらの動作は不要である。
電圧制御のみを実行するスイッチング電源装置の場合、電流制御・電圧制御調停部１４、電流制御・電圧制御マルチプレクサ１３、切替部２０、Ｐゲインテーブル２１、Ｉゲインテーブル２２及びＤゲインテーブル２３、並びにそれらの動作は不要である。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態のスイッチング電源装置１の構成の第１実施例を示すブロック図である。第１実施形態との相違点は、オン時間算出部４１を備える点である。以下では、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略する。図８に示すように、スイッチング周波数出力部１６は、周波数取得部としての機能を有し、マイクロコンピュータ２から、スイッチング回路３のスイッチング周波数を取得する。スイッチング周波数出力部１６が取得するスイッチング周波数を、基本周波数とも称する。スイッチング周波数（基本周波数）は、例えば、１００ｋＨｚ−２００ｋＨｚのいずれかの数値とすることができるが、これに限定されるものではない。

また、スイッチング周波数出力部１６は、変調率取得部としての機能を有し、マイクロコンピュータ２から、スイッチング周波数（基本周波数）の変調率を取得する。変調率は、基本周波数に対する周波数の変動率を示すものであり、例えば、基本周波数の±１％−±１０％のいずれかの数値の範囲内において、乱数等で生成する任意の変調率とすることができる。なお、変調率の範囲は、これらに限定されない。

スイッチング周波数出力部１６は、変調後周波数算出部としての機能を有し、取得したスイッチング周波数（基本周波数）及び変調率に基づいて、変調後のスイッチング周波数（変調後周波数とも称する）を算出する。この場合、スイッチング周波数出力部１６は、取得した変調率の範囲内で任意の変調率を乱数等で発生させることができる。基本周波数をＦ１、乱数で求めた変調率をｍ１、ｍ２、ｍ３、…ｍｎとし、それぞれの変調率ｍ１、ｍ２、ｍ３、…ｍｎに対応する変調後周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、…ｆｎとすると、ｆｎ＝{（１００＋ｍｎ）／１００}×Ｆ１で算出することができる。ここで、ｎ＝１、２、３、…である。例えば、変調率を±３％とすると、変調後周波数ｆ１は基本周波数をＦ１の９７％−１０３％となる。

スイッチング周波数出力部１６は、変調後周波数をオン時間算出部４１及びスイッチングパルス出力部１６ｂへ出力する。また、スイッチング周波数出力部１６は、取得した基本周波数をそのまま演算部１５へ出力する。

演算部１５は、第１実施形態の場合と同様、基本周波数に対応する操作量（オン時間）をオン時間算出部４１へ出力する。

オン時間算出部４１は、操作量補正部としての機能を有し、スイッチング周波数出力部１６が取得した基本周波数及び変調率、より具体的には、スイッチング周波数出力部１６が算出した変調後周波数に基づいて、演算部１５が演算する操作量（オン時間）を補正する。操作量は、ＰＷＭ信号を生成するためのものであり、例えば、スイッチング回路３内のスイッチング素子がオン状態となるオン時間とすることができる。なお、図示していなが、オン時間算出部４１は、基本周波数をスイッチング周波数出力部１６から取得することができる。また、オン時間算出部４１は、補正した操作量をスイッチングパルス出力部１６ｂへ出力する。

オン時間算出部４１は、以下のようにして操作量を補正する。例えば、基本周波数をＦ１とすると、周期Ｔ１は、Ｔ１＝１／Ｆ１で算出することができる。また、変調後周波数をｆ１とすると周期Ｔ２は、Ｔ２＝１／ｆ１で算出することができる。ＰＷＭ信号のデューティ比をＤとし、基本周波数Ｆ１でのオン時間（操作量）をｔ１とすると、Ｄ＝ｔ１／Ｔ１となる。変調後もデューティ比は変わらないので、変調後において、Ｄ＝ｔ２／Ｔ２の関係が成立する。従って、変調後のオン時間ｔ２（操作量）は、ｔ２＝Ｔ２×Ｄ＝Ｔ２×（ｔ１／Ｔ１）＝（Ｔ２／Ｔ１）×ｔ１＝（Ｆ１／ｆ１）×ｔ１のとおり求めることができる。

スイッチングパルス出力部１６ｂは、オン時間算出部４１で補正された操作量（オン時間）、変調後周波数、予め定められたデューティ比に基づいて、スイッチングパルス（ＰＷＭ信号）を作成し、スイッチング回路３へ出力する。

なお、基本周波数を変調率の範囲内でランダムに変調させる場合、ＰＷＭ信号の１周期毎に変調後周波数を用いることができる。すなわち、ＰＷＭ信号の１周期毎に変調後周波数を異なるようにすることができる。なお、複数周期毎に変調後周波数を用いるようにしてもよい。

スイッチング回路３は、オン時間算出部４１が補正した操作量（オン時間）に基づくＰＷＭ信号により定電流出力する。すなわち、スイッチング回路３は、変調後周波数に対応するオン時間（操作量）となるようなＰＷＭ信号に基づいて定電流を出力する。これにより、スイッチング周波数（基本周波数）を変調率に基づいてランダムに変調した場合でも演算部１５が演算する操作量を補正することができるので、ノイズのピークの周波数域をランダムに変動させることができ、スイッチング電源装置１の伝導ノイズを低減することができる。

図９は第２実施形態のスイッチング電源装置１の構成の第２実施例を示すブロック図である。図８に例示した第１実施例との相違点は、オン時間算出部４１に代えて、オン時間補正テーブル４２及びオン時間設定部４３を備える点である。

オン時間補正テーブル４２は、記憶部としての機能を有し、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた補正情報（補正テーブルとも称する）を記憶する。

図１０は第２実施形態のオン時間補正テーブル４２の構成の一例を示す説明図である。図１０に示すように、例えば、基本周波数をＦ１とし、取得した変調率の範囲内で変動させた場合の変調後周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、…とすると、オン時間補正テーブル４２は、それぞれの変調後周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、…に対応付けた補正係数をα１、α２、α３、…を有する。

オン時間設定部４３は、操作量補正部としての機能を有し、オン時間補正テーブル４２に記憶した補正係数を用いて、スイッチング周波数出力部１６が算出した変調後周波数（変調後スイッチング周波数）に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて演算部１５が演算する操作量を補正する。

例えば、変調後周波数ｆ１に対応する補正係数をα１とし、変調前の補正量（オン時間）をｔ１とすると、変調後の補正量（オン時間ｔ２）は、ｔ２＝α１×ｔ１で求めることができる。補正後の操作量を求める際に、補正係数を乗算するだけなので、除算を行う必要がないので、除算による処理負荷の増大又は計算精度の劣化がなく、より短時間で正確な操作量（オン時間）を繰り返し算出することができる。

オン時間設定部４３は、スイッチング周波数出力部１６から取得した変調後周波数をそのままスイッチングパルス出力部１６ｂへ出力する。また、オン時間設定部４３は、補正した操作量（オン時間）をスイッチングパルス出力部１６ｂへ出力する。

図１１は第２実施形態のスイッチング電源装置１の構成の第３実施例を示すブロック図である。図９に例示した第２実施例との相違点は、スイッチング周波数出力部１６は、基本周波数に代えて変調後周波数を演算部１５へ出力する。

これにより、演算部１５（より具体的には、ゲイン変更部）は、スイッチング周波数出力部１６が算出した変調後周波数に基づき、ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更する。これにより、変調率に応じて基本周波数をランダムに変更する場合でも、安定した出力電流を得ることができるスイッチング電源装置を実現することができる。

図１２は第２実施形態のスイッチング電源装置１の構成の第４実施例を示すブロック図である。図１１に例示する第３実施例との相違点は、オン時間補正テーブル４２に代えて、周波数・オン時間補正テーブル４４を備える点である。

周波数・オン時間補正テーブル４４は、記憶部としての機能を有し、複数の基本周波数それぞれに対して、複数の変調後周波数それぞれに補正係数を対応付けた複数の補正情報を記憶する。

図１３は第２実施形態の周波数・オン時間補正テーブル４４の構成の一例を示す説明図である。図１３に示すように、例えば、基本周波数をＦ１とし、取得した変調率の範囲内で変動させた場合の変調後周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、…とすると、周波数・オン時間補正テーブル４４は、基本周波数Ｆ１に対して、変調後周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、…に対応付けた補正係数をα１、α２、α３、…を有する。周波数・オン時間補正テーブル４４は、さらに、基本周波数Ｆ２、Ｆ３、…に対応付けて同様の補正テーブルを有する。

スイッチング周波数出力部１６は、選択部としての機能を有し、複数の基本周波数毎の周波数・オン時間補正テーブル４４の中から、取得した基本周波数に対応する周波数・オン時間補正テーブル４４を選択する。

オン時間設定部４３は、選択された周波数・オン時間補正テーブル４４を用いて変調後周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて演算部１５が演算する操作量を補正する。

例えば、取得した基本周波数Ｆ１に対応する補正テーブルにおいて、変調後周波数ｆ１に対応する補正係数をα１とし、変調前の補正量（オン時間）をｔ１とすると、変調後の補正量（オン時間ｔ２）は、ｔ２＝α１×ｔ１で求めることができる。これにより、基本周波数が変わる場合でも、取得した基本周波数に対応する周波数・オン時間補正テーブル４４を選択することができ、除算による処理負荷の増大又は計算精度の劣化がなく、より短時間で正確な操作量（オン時間）を繰り返し算出することができる。

上述の実施の形態において、演算部１５は、スイッチング周波数出力部１６が出力する基本周波数又は変調後周波数、及び演算周波数出力部１７が出力する演算周波数に基づいて操作量（オン時間）を算出する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、演算部１５は、スイッチング周波数出力部１６が出力する基本周波数又は変調後周波数に基づいて操作量（オン時間）を算出するようにしてもよい。この場合、演算周波数出力部１７は省略することができる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ スイッチング電源装置
２ マイクロコンピュータ（プロセッサ）
３ スイッチング回路
１１ 電流検出部
１２ 電圧検出部
１３ 電流制御・電圧制御マルチプレクサ（選択部）
１４ 電流制御・電圧制御調停部（選択部）
１５ 演算部（ＰＩＤ演算部）
１６ スイッチング周波数出力部（周波数取得部、変調率取得部、変調後周波数算出部、選択部）
１６ａ テーブル（スイッチング周波数変更部）
１６ｂ スイッチングパルス出力部
１７ 演算周波数出力部
１７ａ テーブル（演算周波数変更部）
１７ｂ 処理負荷検出部
１８ 加え合わせ点（偏差演算部）
１９ 目標値出力部
２０ 切替部
２１，２４ Ｐゲインテーブル（テーブル、ゲイン変更部）
２２，２５ Ｉゲインテーブル（テーブル、ゲイン変更部）
２３，２６ Ｄゲインテーブル（テーブル、ゲイン変更部）
３１ 比例要素
３２ 積分要素
３３ 微分要素
４１ オン時間算出部（操作量補正部）
４２ オン時間補正テーブル（記憶部）
４３ オン時間設定部（操作量補正部）
４４ 周波数・オン時間補正テーブル（記憶部）

Claims (10)

1. 出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、プロセッサに含まれ該電流検出部が検出した電流値と出力すべき電流値である目標電流値との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、該電力の電圧値を検出する電圧検出部と、プロセッサに含まれ該電圧検出部が検出した電圧値と出力すべき電圧値である目標電圧値との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電圧出力するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 出力した電力の電流値を検出する電流検出部と、該電力の電圧値を検出する電圧検出部と、前記電流検出部及び電圧検出部が各検出した電流値及び電圧値と出力すべき電流値及び電圧値である目標電流値及び目標電圧値との関係に基づき、前記各検出した電流値又は電圧値を選択する選択部と、プロセッサに含まれ該選択部が選択した電流値（又は電圧値）と目標電流値（又は目標電圧値）との偏差を演算する偏差演算部と、前記プロセッサに含まれ該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力（又は定電圧出力）するスイッチング回路と、前記プロセッサの処理負荷量を検出する処理負荷検出部と、前記電流検出部が検出した電流値に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部と、前記処理負荷検出部が検出した負荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算部の演算周波数を変更する演算周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
4. 前記ゲイン変更部は、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に応じて定められた前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを記憶したテーブルを有し、前記スイッチング周波数及び演算周波数に基づき、前記テーブルを参照してＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更するように構成してある請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記ゲイン変更部は、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数、及び前記演算周波数変更部が変更した演算周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを演算するゲイン演算手段を有し、該ゲイン演算手段が演算した結果により、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを変更するように構成してある請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
6. 出力する電流又は電圧を検出する検出部と、該検出部が検出した電流又は電圧と所定の目標値との偏差を演算する偏差演算部と、該偏差演算部が演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算するＰＩＤ演算部と、該ＰＩＤ演算部が演算した操作量に基づくＰＷＭ信号により、入力された電力を電力変換して定電流出力するスイッチング回路と、前記検出部が検出した電流に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更するスイッチング周波数変更部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記スイッチング周波数変更部が変更したスイッチング周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更するゲイン変更部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
7. 前記スイッチング回路のスイッチング周波数を取得する周波数取得部と、
   該スイッチング周波数の変調率を取得する変調率取得部と、
   前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、前記演算部が演算する操作量を補正する操作量補正部と
   を備え、
   前記スイッチング回路は、
   前記操作量補正部が補正した操作量に基づくＰＷＭ信号により定電流出力することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
8. 前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する変調後周波数算出部と、
   複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた補正情報を記憶する記憶部と
   を備え、
   前記操作量補正部は、
   前記記憶部に記憶した補正情報を用いて前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて前記演算部が演算する操作量を補正することを特徴とする請求項７に記載のスイッチング電源装置。
9. 前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数及び前記変調率取得部で取得した変調率に基づいて、変調後スイッチング周波数を算出する変調後周波数算出部と、
   複数のスイッチング周波数それぞれに対して、複数の変調後スイッチング周波数それぞれに補正係数を対応付けた複数の補正情報を記憶する記憶部と、
   前記複数の補正情報の中から前記周波数取得部で取得したスイッチング周波数に対応する補正情報を選択する選択部と
   を備え、
   前記操作量補正部は、
   前記選択部で選択した補正情報を用いて前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に対応する補正係数を特定し、特定した補正係数に基づいて前記演算部が演算する操作量を補正することを特徴とする請求項７に記載のスイッチング電源装置。
10. 前記ゲイン変更部は、
    前記変調後周波数算出部が算出した変調後スイッチング周波数に基づき、前記ＰＩＤ演算に係るＰゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインをそれぞれ個別に変更することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のスイッチング電源装置。

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