JP2017158302A

JP2017158302A - スイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法

Info

Publication number: JP2017158302A
Application number: JP2016039318A
Authority: JP
Inventors: 好紘山▲崎▼; Yoshihiro Yamazaki
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07

Abstract

【課題】定電圧制御と定電流制御とを切り替えるときに、検出電流や検出電圧が目標値を超える度合を抑制できるスイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、制御値選択部１２ｇにより選択されなかった非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘよりも小さい上限抑制制限値Ｔｈを対象制御値に所定制御値を加算して求め、非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈを設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法に関する。

従来、スイッチング電源装置は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり、電圧を一定に制御する定電圧制御と電流を一定に制御する定電流制御とを電圧や電流に応じて切り替えるものがある（例えば、特許文献１）。スイッチング電源装置は、例えば、定電圧制御を行っているときに検出電流が目標電流を超えると、定電流制御に切り替えて過電流が流れることを防止する。

特開２００７−１３５３７５号公報

ところで、スイッチング電源装置は、定電圧制御から定電流制御へ切り替えるときに検出電流が目標電流よりも想定以上に大きくなったり、定電流制御から定電圧制御へ切り替えるときに検出電圧が目標電圧よりも想定以上に大きくなったりする問題があった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、定電圧制御と定電流制御とを切り替えるときに、検出電流や検出電圧が目標値を超える度合を抑制できるスイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御して定電圧制御と定電流制御とを切り替える制御部と、を備え、前記制御部は、前記定電圧制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電圧が上昇する定電圧制御値を算出する定電圧制御値算出部と、前記定電流制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電流が上昇する定電流制御値を算出する定電流制御値算出部と、前記定電圧制御値が当該定電圧制御値の上限である定電圧上限値を超える場合、前記定電圧制御値として前記定電圧上限値を出力し、前記定電圧制御値が前記定電圧上限値を超えない場合、前記定電圧制御値を出力する定電圧出力制限部と、前記定電流制御値が当該定電流制御値の上限である定電流上限値を超える場合、前記定電流制御値として前記定電流上限値を出力し、前記定電流制御値が前記定電流上限値を超えない場合、前記定電流制御値を出力する定電流出力制限部と、前記定電圧出力制限部から出力される前記定電圧制御値、及び、前記定電流出力制限部から出力される前記定電流制御値のうち、値が小さい方を前記定電圧制御又は前記定電流制御を行う対象制御値として選択する制御値選択部と、前記制御値選択部により選択されなかった非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値よりも小さい上限抑制制限値を、前記対象制御値に所定制御値を加算して求め、前記非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値に前記上限抑制制限値を設定する上限制御値設定部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るスイッチング電源制御方法は、定電圧制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電圧が上昇する定電圧制御値を算出する定電圧制御値算出ステップと、定電流制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電流が上昇する定電流制御値を算出する定電流制御値算出ステップと、前記定電圧制御値が当該定電圧制御値の上限である定電圧上限値を超える場合、前記定電圧制御値として前記定電圧上限値を出力し、前記定電圧制御値が前記定電圧上限値を超えない場合、前記定電圧制御値を出力する定電圧出力制限ステップと、前記定電流制御値が当該定電流制御値の上限である定電流上限値を超える場合、前記定電流制御値として前記定電流上限値を出力し、前記定電流制御値が前記定電流上限値を超えない場合、前記定電流制御値を出力する定電流出力制限ステップと、前記定電圧出力制限ステップで出力される前記定電圧制御値、及び、前記定電流出力制限ステップで出力される前記定電流制御値のうち、値が小さい方を前記定電圧制御又は前記定電流制御を行う対象制御値として選択する制御値選択ステップと、前記制御値選択ステップで選択されなかった非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値よりも小さい上限抑制制限値を、前記対象制御値に所定制御値を加算して求め、前記非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値に前記上限抑制制限値を設定する上限制御値設定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係るスイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法は、選択されなかった非対象制御値の定電流上限値又は定電圧上限値よりも小さい上限抑制制限値を対象制御値に所定制御値を加算して求め、非対象制御値の定電流上限値又は定電圧上限値に上限抑制制限値を設定するので、定電圧制御と定電流制御とを切り替えるときに切り替えるタイミングを早くすることができ、検出電流や検出電圧が目標値を超える度合を抑制できる。

図１は、実施形態に係るスイッチング電源装置の構成例を示すブロック図である。図２は、実施形態に係るスイッチング電源装置の制御部の構成例を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る上限抑制制限値の算出方法を示すフローチャートである。図４は、実施形態に係るスイッチング電源装置における定電圧制御から定電流制御へ切り替えるときの検出電流の比較例を示す図である。図５は、実施形態に係るスイッチング電源装置における定電圧制御から定電流制御へ切り替えるときの検出電流を示す図である。図６は、変形例に係るスイッチング電源装置の構成例を示すブロック図である。図７は、変形例に係るスイッチング電源装置の構成例を示すブロック図である。図８は、変形例に係るスイッチング電源装置の構成例を示すブロック図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
実施形態に係るスイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法について説明する。スイッチング電源装置１は、例えば、車両などに適用される降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。スイッチング電源装置１は、ＤＣ／ＤＣ変換時に、電圧を一定に制御する定電圧制御又は電流を一定に制御する定電流制御を行う。スイッチング電源装置１は、図１に示すように、高圧バッテリ２と、負荷３と、入力平滑コンデンサ４と、入力電圧検出部５と、電流検出部６と、スイッチング回路７と、整流回路８と、平滑回路９と、出力電圧検出部１０と、パルス生成部１１と、制御部１２と、ドライブ回路１３とを備える。

高圧バッテリ２は、相対的に電圧の高いバッテリであり、例えば１００Ｖ〜５００Ｖの電圧を蓄電するバッテリである。負荷３は、相対的に電圧の低い低圧バッテリであり、例えば１２Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリである。

入力平滑コンデンサ４は、高圧バッテリ２に接続される入力端子２ａから入力された直流の電圧を平滑化するものである。

入力電圧検出部５は、高圧バッテリ２側に設けられ、高圧バッテリ２側の電圧を検出するものである。入力電圧検出部５は、検出した検出電圧を制御部１２に出力する。

電流検出部６は、後述するスイッチング回路７のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と１次コイルＬ１との間に設けられ、１次コイルＬ１に流れる電流を検出するものである。電流検出部６は、検出した検出電流Ｉｏｕｔを制御部１２に出力する。

スイッチング回路７は、直流電圧を交流電圧に変換するものである。スイッチング回路７は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、１次コイルＬ１と、２次コイルＬ２とを備える。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えば、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）であり、フルブリッジ回路として構成される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３は、上アームに相当し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４は、下アームに相当する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、後述するドライブ回路１３から制御端子（例えばゲート端子等）に出力されるＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）に基づいてオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）が設定される。スイッチング回路７は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のオン状態と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオン状態とが交互に設定され、交流電圧を１次コイルＬ１に出力する。

１次コイルＬ１は、２次コイルＬ２と共に変圧器７ａを構成する。変圧器７ａは、スイッチング回路７のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から出力された交流電圧を変圧する。変圧の度合いは、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との巻数比によって定まる。１次コイルＬ１は、１次コイルＬ１の一端側が、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間に接続され、１次コイルＬ１の他端側が、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間に接続される。

２次コイルＬ２は、２次コイルＬ２の両端部が整流回路８及び平滑回路９を介してマイナス側の出力端子３ｂに接続される。また、２次コイルＬ２は、中間タップＣＴを備え、中間タップＣＴが平滑回路９を介してプラス側の出力端子３ａに接続される。

整流回路８は、スイッチング回路７から出力された交流電圧を整流して直流電圧を生成するものである。整流回路８は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備える。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は、例えば、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）であり、単相全波整流回路として構成される。整流回路８は、スイッチング素子Ｑ５が２次コイルＬ２の一端に接続され、スイッチング素子Ｑ６が２次コイルＬ２の他端に接続される。整流回路８は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ制御により交流電圧を整流して直流電圧を生成し、生成した直流電圧を平滑回路９に出力する。

平滑回路９は、整流回路８により整流された直流電圧を平滑化するものである。平滑回路９は、コイル９ａとコンデンサ９ｂとを備える。平滑回路９は、コイル９ａが２次コイルＬ２の中間タップＣＴとプラス側の出力端子３ａとの間に設けられ、コンデンサ９ｂがプラス側の出力端子３とマイナス側の出力端子３ｂの間に設けられる。平滑回路９は、コイル９ａ及びコンデンサ９ｂにより直流電圧を平滑化して出力端子３ａ、３ｂに出力する。

出力電圧検出部１０は、例えば低圧バッテリである負荷３側に設けられ、負荷３側の電圧を検出するものである。出力電圧検出部１０は、検出した検出電圧Ｖｏｕｔを制御部１２に出力する。

パルス生成部１１は、スイッチング回路７を制御するためのパルス信号を生成するものである。例えば、パルス生成部１１は、制御部１２から出力される制御信号に基づいて、パルス信号のデューティー比を変化させてＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号をドライブ回路１３に出力する。

ドライブ回路１３は、パルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動させるものである。例えば、ドライブ回路１３は、パルス生成部１１から出力されたＰＷＭ信号を増幅し、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦを設定する。

制御部１２は、パルス生成部１１に制御信号を出力し、スイッチング回路７及び整流回路８を制御するものである。制御部１２は、スイッチング回路７のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御して直流電圧を交流電圧に変換する。また、制御部１２は、整流回路８のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をオン／オフ制御して交流電圧を直流電圧に全波整流する。また、制御部１２は、電圧を一定に制御する定電圧制御、又は、電流を一定に制御する定電流制御を行う。例えば、制御部１２は、入力電圧検出部５、電流検出部６、及び、出力電圧検出部１０から出力された検出結果に基づいてスイッチング回路７を制御し、定電圧制御又は定電流制御を行う。制御部１２は、図２に示すように、目標電圧設定部１２ａと、目標電流設定部１２ｂと、定電圧制御値算出部１２ｃと、定電流制御値算出部１２ｄと、定電圧出力制限部１２ｅと、定電流出力制限部１２ｆと、制御値選択部１２ｇと、上限制御値設定部１２ｈとを回路の機能として有する。

目標電圧設定部１２ａは、予め目標電圧Ｖｔｈを記憶し、記憶した目標電圧Ｖｔｈを設定するものである。ここで、目標電圧Ｖｔｈは、スイッチング電源装置１が目標とする電圧であり、定電圧制御のときには、電圧が目標電圧Ｖｔｈに保たれる。目標電圧設定部１２ａは、目標電圧Ｖｔｈを定電圧制御値算出部１２ｃに出力する。

目標電流設定部１２ｂは、予め目標電流Ｉｔｈを記憶し、記憶した目標電流Ｉｔｈを設定するものである。ここで、目標電流Ｉｔｈは、スイッチング電源装置１が目標とする電流であり、定電流制御のときには、電流が目標電流Ｉｔｈに保たれる。目標電流設定部１２ｂは、目標電流Ｉｔｈを定電流制御値算出部１２ｄに出力する。

定電圧制御値算出部１２ｃは、定電圧制御を行うための制御値である定電圧制御値Ｄｖを算出するものである。定電圧制御値算出部１２ｃは、例えば出力電圧検出部１０から出力された検出電圧Ｖｏｕｔと、目標電圧設定部１２ａから出力された目標電圧Ｖｔｈとの差分に基づいて定電圧制御値Ｄｖを算出する。ここで、定電圧制御値Ｄｖは、例えば、ＰＷＭ信号のデューティー比であり、デューティー比の値が大きくなると検出電圧Ｖｏｕｔが上昇する。定電圧制御値算出部１２ｃは、定電圧制御値Ｄｖを定電圧出力制限部１２ｅに出力する。

定電流制御値算出部１２ｄは、定電流制御を行うための制御値である定電流制御値Ｄｉを算出するものである。定電流制御値算出部１２ｄは、電流検出部６から出力された検出電流Ｉｏｕｔと、目標電流設定部１２ｂから出力された目標電流Ｉｔｈとの差分に基づいて定電流制御値Ｄｉを算出する。ここで、定電流制御値Ｄｉは、例えば、ＰＷＭ信号のデューティー比であり、デューティー比の値が大きくなると検出電流Ｉｏｕｔが上昇する。定電圧制御値算出部１２ｄは、定電流制御値Ｄｉを定電流出力制限部１２ｆに出力する。

定電圧出力制限部１２ｅは、定電圧制御値算出部１２ｃから出力された定電圧制御値Ｄｖを制限するものである。例えば、定電圧出力制限部１２ｅは、定電圧制御値算出部１２ｃから出力された定電圧制御値Ｄｖと当該定電圧制御値Ｄｖの上限である定電圧上限値Ｖｍａｘとを比較する。そして、定電圧出力制限部１２ｅは、定電圧制御値Ｄｖが定電圧上限値Ｖｍａｘを超える場合、定電圧制御値Ｄｖとして定電圧上限値Ｖｍａｘを出力し、定電圧制御値Ｄｖが定電圧上限値Ｖｍａｘを超えない場合、定電圧制御値Ｄｖを出力する。また、定電圧出力制限部１２ｅは、後述する上限抑制制限値Ｔｈ１が定電圧上限値Ｖｍａｘとして設定された場合、定電圧制御値Ｄｖと上限抑制制限値Ｔｈ１とを比較し、定電圧制御値Ｄｖが上限抑制制限値Ｔｈ１を超えるときには定電圧制御値Ｄｖとして上限抑制制限値Ｔｈ１を出力し、定電圧制御値Ｄｖが上限抑制制限値Ｔｈ１を超えないときには定電圧制御値Ｄｖを出力する。

定電流出力制限部１２ｆは、定電流制御値算出部１２ｄから出力された定電流制御値Ｄｉを制限するものである。例えば、定電流出力制限部１２ｆは、定電流制御値算出部１２ｄから出力された定電流制御値Ｄｉと当該定電流制御値Ｄｉの上限である定電流上限値Ｉｍａｘとを比較する。そして、定電流出力制限部１２ｆは、定電流制御値Ｄｉが定電流上限値Ｉｍａｘを超える場合、定電流制御値Ｄｉとして定電流上限値Ｉｍａｘを出力し、定電流制御値Ｄｉが定電流上限値Ｉｍａｘを超えない場合、定電流制御値Ｄｉを出力する。また、定電流出力制限部１２ｆは、後述する上限抑制制限値Ｔｈ２が定電流上限値Ｉｍａｘとして設定された場合、定電流制御値Ｄｉが上限抑制制限値Ｔｈ２を超えるときには定電流制御値Ｄｉとして上限抑制制限値Ｔｈ２を出力し、定電流制御値Ｄｉが上限抑制制限値Ｔｈ２を超えないときには定電流制御値Ｄｉを出力する。

制御値選択部１２ｇは、定電圧出力制限部１２ｅから出力される定電圧制御値Ｄｖ、及び、定電流出力制限部１２ｆから出力される定電流制御値Ｄｉのうち、いずれか一方を定電圧制御又は定電流制御を行う対象制御値として選択するものである。例えば、制御値選択部１２ｇは、定電圧制御値Ｄｖ及び定電流制御値Ｄｉのうち、値が小さい方を定電圧制御又は定電流制御を行う対象制御値として選択する。具体的には、制御値選択部１２ｇは、定電圧制御値Ｄｖと定電流制御値Ｄｉとを比較し、定電圧制御値Ｄｖが定電流制御値Ｄｉよりも小さい場合には定電圧制御値Ｄｖを対象制御値として選択し、定電流制御値Ｄｉが定電圧制御値Ｄｖよりも小さい場合には定電流制御値Ｄｉを対象制御値として選択してパルス生成部１１に出力する。

上限制御値設定部１２ｈは、定電圧制御と定電流制御との切り替えを早くするために、制御対象ではない制御の定電圧上限値Ｖｍａｘ又は定電流上限値Ｉｍａｘを抑制するものである。上限制御値設定部１２ｈは、制御値選択部１２ｇにより選択されなかった非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘよりも小さい上限抑制制限値Ｔｈを対象制御値に所定制御値を加算して求める。ここで、所定制御値は、定電圧制御と定電流制御との切り替えを早くするために、可能な限り小さい値が好ましい。上限制御値設定部１２ｈは、制御値選択部１２ｇにより選択されなかった非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈを設定する。例えば、上限制御値設定部１２ｈは、定電流制御値Ｄｉが対象制御値として選択されなかった場合、定電流上限値Ｉｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈ２を設定し、定電圧制御値Ｄｖが対象制御値として選択されなかった場合、定電圧上限値Ｖｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈ１を設定する。

次に、図３〜図５を参照して、実施形態に係るスイッチング電源装置１の動作例について説明する。この例では、定電圧制御が行われる場合について説明する。スイッチング電源装置１の制御部１２は、定電圧制御値Ｄｖを算出する（ステップＳ１）。例えば、定電圧制御値算出部１２ｃは、図４に示す検出電圧Ｖ１ｏｕｔと目標電圧Ｖｔｈとの差分に基づいて定電圧制御値Ｄｖ１を算出する。次に、制御部１２は、定電圧制御値Ｄｖの値に応じて定電圧制御値Ｄｖを制限する（ステップＳ２）。例えば、定電圧出力制限部１２ｅは、図４に示す定電圧制御値Ｄｖ１が定電圧上限値Ｖｍａｘを超えていないので、定電圧制御値Ｄｖ１を定電圧上限値Ｖｍａｘに制限せずに定電圧制御値Ｄｖ１を出力する。

次に、制御部１２は、定電流制御値Ｄｉを算出する（ステップＳ３）。例えば、定電流制御値算出部１２ｄは、図４に示す検出電流Ｉ１ｏｕｔと目標電流Ｉｔｈとの差分に基づいて定電流制御値Ｄｉ１を算出する。次に、制御部１２は、定電流制御値Ｄｉの値に応じて定電流制御値Ｄｉを制限する（ステップＳ４）。例えば、定電流出力制限部１２ｆは、図４に示す定電流制御値Ｄｉ１が定電流上限値Ｉｍａｘを超えるので、定電流制御値Ｄｉ１を定電流上限値Ｉｍａｘに制限して定電流制御値Ｄｉ１を出力する。

次に、制御部１２は、定電圧制御又は定電流制御の対象制御値を選択する（ステップＳ５）。例えば、制御値選択部１２ｇは、定電圧制御値Ｄｖ１と定電流上限値Ｉｍａｘに制限された定電流制御値Ｄｉ１とを比較し、定電圧制御値Ｄｖ１が定電流制御値Ｄｉ１よりも小さいので定電圧制御値Ｄｖ１を対象制御値として選択する。

次に、制御部１２は、制御が行われていない非対象制御値の定電圧上限値Ｖｍａｘ又は定電流上限値Ｉｍａｘを抑制する（ステップＳ６）。例えば、上限制御値設定部１２ｈは、定電圧制御値Ｄｖ１に所定制御値を加算して上限抑制制限値Ｔｈ２を求め、定電流上限値Ｉｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈ２を設定する（図５参照）。これにより、制御部１２は、上限抑制制限値Ｔｈ２によって定電流制御値Ｄｉ１を定電流制御値Ｄｉ１０に制限することができる。従って、制御部１２は、定電圧制御から定電流制御に切り替えるタイミングを早くすることができる。

次に、定電圧制御又は定電流制御に切り替えるタイミングについて比較例を用いて説明する。比較例に係る定電圧制御及び定電流制御は、図４に示すように、上限抑制制限値Ｔｈを用いずに制御するものである。この例では、定電圧制御から定電流制御に切り替わる例について説明する。比較例は、定電圧制御を行っているときに、検出電流Ｉ１ｏｕｔが時刻ｔ３で目標電流Ｉｔｈを超え、その後、検出電圧Ｖ１ｏｕｔが目標電圧Ｖｔｈを下回ると、検出電流Ｉ１ｏｕｔを下げるために定電流制御値Ｄｉ１を小さくし、検出電圧Ｖ１ｏｕｔを上げるために定電圧制御値Ｄｖ１を大きくさせる。比較例は、定電流制御値Ｄｉ１が徐々に小さくなり定電圧制御値Ｄｖ１が徐々に大きくなると、定電流制御値Ｄｉ１と定電圧制御値Ｄｖ１との大小関係が時刻ｔ１で逆転し、当該時刻ｔ１において定電圧制御から定電流制御に切り替わる。比較例は、定電圧制御において、定電流制御値Ｄｉ１が飽和して定電流上限値Ｉｍａｘに制限され、定電流制御値Ｄｉ１が定電流上限値Ｉｍａｘから徐々に小さくなるので、定電圧制御から定電流制御に切り替わるまでに時間がかかる。このため、比較例は、検出電流Ｉ１ｏｕｔが目標電流Ｉｔｈを大きく超えてしまい、過電流が流れる。

これに対して、実施形態に係る定電圧制御及び定電流制御は、図５に示すように、上限抑制制限値Ｔｈを用いて制御するものである。この例では、定電圧制御から定電流制御に切り替わる例について説明する。定電圧制御では、定電流上限値Ｉｍａｘの代わりに上限抑制制限値Ｔｈ２が設定されている。実施形態は、定電圧制御を行っているときに、検出電流Ｉ２ｏｕｔが時刻ｔ３で目標電流Ｉｔｈを超え、その後、検出電圧Ｖ２ｏｕｔが目標電圧Ｖｔｈを下回ると、検出電流Ｉ２ｏｕｔを下げるために定電流制御値Ｄｉ１０を小さくし、検出電圧Ｖ２ｏｕｔを上げるために定電圧制御値Ｄｖ１０を大きくさせる。実施形態は、定電流制御値Ｄｉ１０が徐々に小さくなり定電圧制御値Ｄｖ１０が徐々に大きくなると、定電流制御値Ｄｉ１０と定電圧制御値Ｄｖ１０との大小関係が時刻ｔ２で逆転し、当該時刻ｔ２において定電圧制御から定電流制御に切り替わる。実施形態は、定電流制御値Ｄｉ１０が飽和して上限抑制制限値Ｔｈ２に制限された状態から定電流制御値Ｄｉ１０が下降を開始するので、検出電流Ｉ２ｏｕｔが時刻ｔ３で目標電流Ｉｔｈを超えた後、定電圧制御から定電流制御に切り替わる時刻ｔ２が比較例の時刻ｔ１よりも早くなる。このため、実施形態は、比較例に比べて検出電流Ｉ２ｏｕｔが目標電流Ｉｔｈを超える度合を抑制することができるので、過電流が流れない。

以上のように、実施形態に係るスイッチング電源装置及びスイッチング電源制御方法は、制御値選択部１２ｇにより選択されなかった非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘよりも小さい上限抑制制限値Ｔｈを対象制御値に所定制御値を加算して求め、非対象制御値の定電流上限値Ｉｍａｘ又は定電圧上限値Ｖｍａｘに上限抑制制限値Ｔｈを設定する。これにより、スイッチング電源装置１は、例えば定電圧制御が行われている場合、定電流制御値Ｄｉ１０が上限抑制制限値Ｔｈ２から小さくなるので、早いタイミングで定電圧制御値Ｄｖ１０と定電流制御値Ｄｉ１０との大小関係を逆転することができ、定電圧制御から定電流制御に切り替わるタイミングを早くすることができる。従って、スイッチング電源装置１は、検出電流Ｉ２ｏｕｔが目標電流Ｉｔｈを超える度合を抑制することができるので、過電流が流れることを抑制できる。

〔変形例〕
次に、スイッチング電源装置１の変形例について説明する。スイッチング電源装置１は、電流検出部６をスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と１次コイルＬ１との間以外に設けてもよい。例えば、スイッチング電源装置１Ａは、図６に示すように、電流検出部６Ａを高圧バッテリ２とスイッチング回路７との間に設けている。また、スイッチング電源装置１Ｂは、図７に示すように、電流検出部６Ｂを２次コイルＬ２と負荷３との間に設けている。また、スイッチング電源装置１、１Ａ、１Ｂは、同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータでもよい。例えば、図８に示すように、スイッチング電源装置１Ｃは、スイッチング回路７Ｃのスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を平滑回路９Ａにより平滑化して直流電圧を生成する。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃスイッチング電源装置
７、７Ｃスイッチング回路
１２制御部
１２ａ目標電圧設定部
１２ｂ目標電流設定部
１２ｃ定電圧制御値算出部
１２ｄ定電流制御値算出部
１２ｅ定電圧出力制限部
１２ｆ定電流出力制限部
１２ｇ制御値選択部
１２ｈ上限制御値設定部
Ｄｖ、Ｄｖ１、Ｄｖ１０定電圧制御値
Ｄｉ、Ｄｉ１、Ｄｉ１０定電流制御値
Ｖｍａｘ定電圧上限値
Ｉｍａｘ定電流上限値
Ｔｈ、Ｔｈ１、Ｔｈ２上限抑制制限値
Ｖｏｕｔ、Ｖ１ｏｕｔ、Ｖ２ｏｕｔ検出電圧
Ｉｏｕｔ、Ｉ１ｏｕｔ、Ｉ２ｏｕｔ検出電流
Ｖｔｈ目標電圧
Ｉｔｈ目標電流

Claims

直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御して定電圧制御と定電流制御とを切り替える制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記定電圧制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電圧が上昇する定電圧制御値を算出する定電圧制御値算出部と、
前記定電流制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電流が上昇する定電流制御値を算出する定電流制御値算出部と、
前記定電圧制御値が当該定電圧制御値の上限である定電圧上限値を超える場合、前記定電圧制御値として前記定電圧上限値を出力し、前記定電圧制御値が前記定電圧上限値を超えない場合、前記定電圧制御値を出力する定電圧出力制限部と、
前記定電流制御値が当該定電流制御値の上限である定電流上限値を超える場合、前記定電流制御値として前記定電流上限値を出力し、前記定電流制御値が前記定電流上限値を超えない場合、前記定電流制御値を出力する定電流出力制限部と、
前記定電圧出力制限部から出力される前記定電圧制御値、及び、前記定電流出力制限部から出力される前記定電流制御値のうち、値が小さい方を前記定電圧制御又は前記定電流制御を行う対象制御値として選択する制御値選択部と、
前記制御値選択部により選択されなかった非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値よりも小さい上限抑制制限値を、前記対象制御値に所定制御値を加算して求め、前記非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値に前記上限抑制制限値を設定する上限制御値設定部と、を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
定電圧制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電圧が上昇する定電圧制御値を算出する定電圧制御値算出ステップと、
定電流制御を行うための制御値であり、値が大きくなると電流が上昇する定電流制御値を算出する定電流制御値算出ステップと、
前記定電圧制御値が当該定電圧制御値の上限である定電圧上限値を超える場合、前記定電圧制御値として前記定電圧上限値を出力し、前記定電圧制御値が前記定電圧上限値を超えない場合、前記定電圧制御値を出力する定電圧出力制限ステップと、
前記定電流制御値が当該定電流制御値の上限である定電流上限値を超える場合、前記定電流制御値として前記定電流上限値を出力し、前記定電流制御値が前記定電流上限値を超えない場合、前記定電流制御値を出力する定電流出力制限ステップと、
前記定電圧出力制限ステップで出力される前記定電圧制御値、及び、前記定電流出力制限ステップで出力される前記定電流制御値のうち、値が小さい方を前記定電圧制御又は前記定電流制御を行う対象制御値として選択する制御値選択ステップと、
前記制御値選択ステップで選択されなかった非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値よりも小さい上限抑制制限値を、前記対象制御値に所定制御値を加算して求め、前記非対象制御値の前記定電流上限値又は前記定電圧上限値に前記上限抑制制限値を設定する上限制御値設定ステップと、を有することを特徴とするスイッチング電源制御方法。