JP2017188988A - 電源制御装置及び電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の消費電流の変動によって電力変換効率が低下することを抑制できる、電源制御装置及び電源制御方法の提供。【解決手段】並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、負荷の消費電流の電流値を測定する電流値測定部と、前記電流値測定部が測定した電流値をＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部と、前記ＦＦＴ処理部による処理結果をフィルタ処理するフィルタ部と、前記フィルタ部によるフィルタ処理結果に応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する制御部とを備える、電源制御装置。負荷の消費電流の電流値を測定し、測定した電流値をＦＦＴ処理し、ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理し、フィルタ処理した結果に応じて、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、電源制御方法。【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御装置及び電源制御方法に関する。

近年、サーバや通信機器に使用されているＣＰＵ（Central Processing Unit）の処理量の飛躍的な増加に伴い、ＣＰＵの消費電力が増大している。このようなＣＰＵなどの負荷に電力を供給する電源として、マルチフェーズ電源が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。

従来のマルチフェーズ電源は、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、負荷に供給される電流の大きさに応じて、動作させるＤＣ／ＤＣコンバータの数を変更する制御回路とを備える。なお、ＤＣは、「Direct Current」の略語を表す。

特開２０１５−１８０１２１号公報 特開平１１−１２７５７３号公報

しかしながら、従来のマルチフェーズ電源は、負荷に供給される電流を検出し、検出された電流の大きさに応じて決められた数のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる。そのため、負荷の消費電流が急激に変動すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの数を増減させる対処が間に合わず、電力変換効率が低下するおそれがある。

そこで、本開示の一態様は、負荷の消費電流の変動によって電力変換効率が低下することを抑制できる、電源制御装置及び電源制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、一つの案では、
並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
負荷の消費電流の電流値を測定する電流値測定部と、
前記電流値測定部が測定した電流値をＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部と、
前記ＦＦＴ処理部による処理結果をフィルタ処理するフィルタ部と、
前記フィルタ部によるフィルタ処理結果に応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する制御部とを備える、電源制御装置が提供される。

また、上記目的を達成するため、一つの案では、
負荷の消費電流の電流値を測定し、
測定した電流値をＦＦＴ処理し、
ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理し、
フィルタ処理した結果に応じて、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、電源制御方法が提供される。

本開示の一態様は、負荷の消費電流の変動によって電力変換効率が低下することを抑制できる。

電源制御装置の構成の一例を示す図である。 電源制御装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータの構成の一例を示す図である。 電流値測定部の構成の一例を示す図である。 ＦＦＴ処理部の構成の一例を示す図である。 バタフライ演算を実現する構成の一例を示す図である。 回転因子の一例を示す図である。 ＦＦＴ処理の行列表示の一例を示す図である。 フィルタ部の構成の一例を示す図である。 負荷の消費電流の変化とＤＣ／ＤＣコンバータの動作数との関係の一例を示す図である。 負荷の消費電流が図１０に示されるように変化した場合において、制御部がフィルタ部によるフィルタ処理結果に応じてコンバータの動作数を制御する一例を模式的に示す図である。 電源制御方法の一例を示すフローチャートである。 フェーズ選択動作と必要フェーズ数との関係の一従来例を示す図である。 フェーズ選択動作と必要フェーズ数との関係の一実施例を示す図である。 電源制御装置が搭載される機器の構成の一例とフェーズ選択状態の一例とを示す図である。 電源制御装置が搭載される機器の構成の一例とフェーズ選択状態の一例とを示す図である。 電源制御装置が搭載される機器の構成の一例とフェーズ選択状態の一例とを示す図である。

図１は、マルチフェーズ電源１０１の構成の一例を示す図である。マルチフェーズ電源１０１は、電源制御装置の一例である。マルチフェーズ電源１０１は、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、負荷４０の消費電流の電流値の検出結果に応じて、動作させるＤＣ／ＤＣコンバータの数を変えて、負荷４０に一定の出力電圧Ｖｏｕｔを印加する。

負荷４０の具体例として、演算処理を行うプロセッサ、プロセッサとのデータのやり取りを行うペリフェラルなどが挙げられる。プロセッサの具体例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processorなどが挙げられる。負荷４０が搭載される機器の具体例として、サーバ、通信機器、携帯端末装置、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。携帯端末装置の具体例として、携帯電話、スマートフォンなどが挙げられる。

図１には、負荷４０に対して並列に接続された４つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４が例示されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数は、４つに限られず、ＤＣ／ＤＣコンバータの並列数を増やすことによる損失（分割損）が許容される範囲内で、２つ以上の任意の個数でもよい。以下、「ＤＣ／ＤＣコンバータ」を、単に「コンバータ」と称する場合がある。

図２は、マルチフェーズ電源１０１の動作の一例を示す図である。フェーズ１〜４は、それぞれ、コンバータ１１〜１４の動作波形を表す。Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、それぞれ、コンバータ１１〜１４の出力電流を表す。Ｉｃｏｕｔは、出力電流Ｉ１〜Ｉ４の和を表す。Ｉｏｕｔは、出力電流Ｉ１〜Ｉ４を足し合わせた電流がキャパシタ４１（図１参照）により平滑化された出力電流を表す。出力電流Ｉｏｕｔは、負荷４０に供給される。

マルチフェーズ電源１０１は、図２に示されるようにコンバータ１１〜１４のスイッチングの位相を互いにずらす。これにより、スイッチング周波数を高くすることと同じ効果が得られるので、コンバータ１１〜１４に含まれるコイルやキャパシタ４１などの受動素子の小型化が可能である。また、出力電流Ｉｏｕｔのリプルの低減や、負荷４０の消費電流の変化に対する出力の応答性の向上が可能である。

図１において、マルチフェーズ電源１０１は、コンバータ１１〜１４と、電流値測定部３０と、ＦＦＴ処理部５０と、フィルタ部６０と、制御部７０とを備える。ＦＦＴは、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）の略語を表す。

コンバータ１１は、入力電圧Ｖｉｎの直流電力を電圧変換し、電圧変換後の出力電圧Ｖｏｕｔの直流電力を出力する。コンバータ１２〜１４も、コンバータ１１と同一の構成を有する。コンバータ１１〜１４は、いずれも、入力電圧Ｖｉｎを、電圧値が入力電圧Ｖｉｎよりも低い出力電圧Ｖｏｕｔに降圧変換する降圧コンバータである。しかしながら、コンバータ１１〜１４は、いずれも、入力電圧Ｖｉｎを、電圧値が入力電圧Ｖｉｎよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧変換する昇圧コンバータでもよい。

図３は、コンバータ１１の構成の一例を示す図である。コンバータ１１は、ハイサイドスイッチ２１と、ローサイドスイッチ２２と、コイル２３と、センサ２４とを有する。なお、コンバータ１２〜１４は、コンバータ１１と同一の構成を有するので、コンバータ１２〜１４についての詳細な説明については、コンバータ１１についての説明を援用することで省略する。

ハイサイドスイッチ２１とローサイドスイッチ２２とは直列に接続されている。ハイサイドスイッチ２１は、コイル２３の一端が接続される中点２５に対してハイサイドに設けられたスイッチ（ＳＷ）である。ハイサイドスイッチ２１は、入力電圧Ｖｉｎが入力される電源端子と、中点２５との間に接続されている。ローサイドスイッチ２２は、中点２５に対してローサイドに設けられたスイッチ（ＳＷ）である。ローサイドスイッチ２２は、グランド（ＧＮＤ）に接続されるグランド端子と、中点２５との間に接続されている。

ハイサイドスイッチ２１及びローサイドスイッチ２２の具体例として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子が挙げられる。

コイル２３は、誘導素子の一例である。コイル２３は、中点２５と、出力電圧Ｖｏｕｔが出力される出力端子との間に接続されている。センサ２４は、コイル２３を流れる電流（すなわち、コンバータ１１の出力電流Ｉ１）を検出する。電流監視部８１は、センサ２４により検出された出力電流Ｉ１の電流値を監視する。電流監視部８２〜８４（図１参照）についても同様である。

ＰＷＭ信号発生部７１は、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値が所定の目標電圧値に一致するように、ハイサイドスイッチ２１をオン又はオフさせる第１のＰＷＭ信号を生成し、ローサイドスイッチ２２をオン又はオフさせる第２のＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号発生部７２〜７４（図１参照）についても同様である。出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値は、出力電圧監視部９６（図１参照）により監視される。なお、ＰＷＭは、「Pulse Width Modulation」の略語を表す。

図３において、ハイサイドスイッチ２１がオンしている期間では、ローサイドスイッチ２２はオフしている。ローサイドスイッチ２２がオンしている期間では、ハイサイドスイッチ２１はオフしている。図２に示したフェーズ１の動作波形において、ハイレベルは、ハイサイドスイッチ２１がオンしている期間を示し、ローレベルは、ハイサイドスイッチ２１がオフしている期間を示す。

図１において、電流値測定部３０は、負荷４０の消費電流の電流値を測定する。出力ノード２６と負荷４０とを結ぶ給電ライン２７を流れる出力電流Ｉｏｕｔは、負荷４０の消費電流に相当する。したがって、電流値測定部３０は、例えば、出力電流Ｉｏｕｔの電流値を検出することによって、負荷４０の消費電流の電流値を測定できる。出力ノード２６には、コンバータ１１〜１４の各出力端子が共通に接続されている。

なお、負荷４０が自身の消費電流の電流値を計測する機能を有する場合、電流値測定部３０は、通信等によって、負荷４０の消費電流の電流値を負荷４０から直接取得してもよい。

図４は、電流値測定部３０の構成の一例を示す図である。電流値測定部３０は、給電ライン２７を流れる出力電流Ｉｏｕｔの電流値を測定する。電流値測定部３０は、電流センサ３１と、ＡＤＣ３４とを有する。ＡＤＣは、「Analog‐to‐Digital Converter」の略語を表す。

電流センサ３１は、負荷４０に供給される出力電流Ｉｏｕｔを検出し、出力電流Ｉｏｕｔのアナログの電流値を出力する。電流センサ３１は、抵抗３２と、増幅器３３とを有する。抵抗３２は、負荷４０に直列に接続され、給電ライン２７に直列に挿入された素子である。増幅器３３は、出力電流Ｉｏｕｔが抵抗３２を流れることにより抵抗３２の両端に発生する電圧を増幅する。増幅器３３から出力される電圧は、出力電流Ｉｏｕｔのアナログの電流値に相当する。ＡＤＣ３４は、出力電流Ｉｏｕｔのアナログの電流値をデジタル値に変換する。

図１において、ＦＦＴ処理部５０は、電流値測定部３０が測定した電流値をＦＦＴ処理し、その処理結果を出力する。ＦＦＴ処理部５０は、電流値測定部３０が測定した電流値をＦＦＴ処理することによって、出力電流Ｉｏｕｔの変化の傾向を検出できる。

図５は、ＦＦＴ処理部５０の構成の一例を示す図である。ＦＦＴ処理部５０は、バタフライ演算を行う複数の積和演算器５１を有する。周知の通り、複数の積和演算器がデジタル入力データについてバタフライ演算を行うことによって、デジタル入力データをＦＦＴ処理した結果であるデジタル出力データが得られる。図５において、４ビットのデジタル入力データｘ_０〜ｘ_３は、電流値測定部３０が測定した電流値を表し、４ビットのデジタル出力データＸ_０〜Ｘ_３は、ＦＦＴ処理部５０による処理結果を表す。

ＦＦＴ処理部５０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）に実装された、バタフライ演算機能を有するハードＩＰ（Intellectual Property）である。

図６は、バタフライ演算を実現する構成（Radix-2）の一例を示す図である。図６において、Ｘ_０は、ｘ_０とｘ_１との和に等しい。Ｘ_１は、ｘ_０とｘ_１との和に回転因子Ｗ^ｋ _Ｎを乗算器５２により乗算して得られた値に等しい。Ｗ^ｋ _Ｎ＝ｅｘｐ（−ｊ×２πｋ／Ｎ）、ｋ＝０〜（Ｎ／２−１）、ｊ＝√（−１）である。Ｎは、ＦＦＴのポイント数を表す。

図７は、回転因子Ｗ^ｋ _Ｎの一例を示す図であり、ＦＦＴポイント数Ｎが４の場合の回転因子の位相が回転する様子を示す。Ｒｅは、実軸を表し、Ｉｍは、虚軸を表す。

図８は、ＦＦＴ処理の行列表示の一例を示す図であり、ＦＦＴポイント数Ｎが４の場合を示す。離散フーリエ係数は、行列を用いて表現すると、左式となる。回転因子Ｗの周期性等を利用することにより、左側の行列式は、簡素化された右側の行列式に変形可能である。

図１において、フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果をフィルタ処理する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果をフィルタ処理することによって、電流値測定部３０が負荷４０の消費電流の電流値を次の測定タイミングで測定する前に、負荷４０の消費電流の電流値Ｙを算出（推定）できる。

図９は、フィルタ部６０の構成の一例を示す図である。フィルタ部６０は、例えば、ＦＦＴ処理部５０による処理結果であるデジタル出力データＸ_０〜Ｘ_３をフィルタリング（つまり、積分）することによって、負荷４０の消費電流の電流値Ｙを推定するデジタルフィルタである。図９に示されるフィルタ部６０は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタである。

フィルタ部６０は、図９の場合、遅延回路６２ａ〜６２ｃと、乗算器６３ａ〜６３ｄと、加算器６４とを有する。遅延回路６２ａ〜６２ｃは、例えば、フリップフロップ（ＦＦ）により実現可能である。フィルタ部６０は、デジタル出力データＸ_０〜Ｘ_３が入力された場合、
Ｙ＝ａ０×Ｘ_０（ｔ）＋ａ１×Ｘ_１（ｔ−１）
＋ａ２×Ｘ_２（ｔ−２）＋ａ３×Ｘ_３（ｔ−３）
に従って、電流値Ｙを出力する。ａ０〜ａ３は、フィルタ係数を表す。ｔは、サンプリングタイミングを表し、例えば、Ｘ_１（ｔ−１）は、Ｘ_１（ｔ）の一つ前のサンプリングタイミングでのデータを表す。

図１０は、負荷４０の消費電流の変化とコンバータの動作数との関係の一例を示す図である。ＦＦＴ処理部５０が出力電流Ｉｏｕｔの電流値をＦＦＴ処理し、その処理結果をフィルタ部６０がフィルタ処理することによって、電流値Ｙの包絡線を算出できる。この包絡線は、負荷４０の消費電流の各サンプリングタイミングでの電流値（電流値測定部３０が各測定タイミングで測定して得られた電流値）を結ぶ線に相当する。つまり、フィルタ部６０は、電流値Ｙの包絡線を算出することで、負荷４０の消費電流の大きさとその消費電流の変化の傾向とを推定できる。

したがって、制御部７０（図１参照）は、電流値Ｙの包絡線がフィルタ部６０により算出されることで、電流値測定部３０が消費電流の電流値を次の測定タイミングで測定する前に、負荷４０に電流を供給するコンバータの数を決定して変更できる。

図１１は、負荷４０の消費電流が図１０に示されるように変化した場合において、制御部７０がフィルタ部６０によるフィルタ処理結果に応じてコンバータの動作数を制御する一例を模式的に示す図である。制御部７０は、フィルタ部６０によるフィルタ処理結果に応じて、コンバータ１１〜１４のうち負荷４０に電流を供給するコンバータの数（動作数）を制御する。タイミングｔ１〜ｔ５は、電流値測定部３０が負荷４０の消費電流の電流値を測定するタイミング（サンプリングタイミング）を表す。フェーズ１〜４は、それぞれ、コンバータ１１〜１４を表す。

タイミングｔ１での消費電流の電流値は比較的低く、タイミングｔ０からタイミングｔ１までの消費電流の電流値の変化量も比較的零に近い。そのため、ＦＦＴ処理部５０は、消費電流の第１の直流成分を検出する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果（第１の直流成分の検出結果を含む）をフィルタリングすることによって、第１の電流値を算出する。制御部７０は、フィルタ部６０が算出した第１の電流値に対応する数（この場合、１つ）のコンバータ１１を負荷４０に電流を供給するコンバータとして動作させる。

タイミングｔ２での消費電流の電流値はタイミングｔ１から上昇するが、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの消費電流の電流値の変化量は依然零に近い。そのため、ＦＦＴ処理部５０は、消費電流の第２の直流成分（第１の直流成分よりも高い直流成分）を検出する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果（第２の直流成分の検出結果を含む）をフィルタリングすることによって、第２の電流値（第１の電流値よりも高い電流値）を算出する。制御部７０は、フィルタ部６０が算出した第２の電流値に対応する数（この場合、２つ）のコンバータ１１，１２を負荷４０に電流を供給するコンバータとして動作させる。

タイミングｔ３での消費電流の電流値はタイミングｔ２から更に上昇するが、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの消費電流の電流値の変化量は比較的小さい。そのため、ＦＦＴ処理部５０は、消費電流の第３の直流成分（第２の直流成分よりも高い直流成分）を検出する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果（第３の直流成分の検出結果を含む）をフィルタリングすることによって、第３の電流値（第２の電流値よりも高い電流値）を算出する。制御部７０は、フィルタ部６０が算出した第３の電流値に対応する数（この場合、２つ）のコンバータ１１，１２を負荷４０に電流を供給するコンバータとして動作させる。

タイミングｔ４での消費電流の電流値はタイミングｔ３から更に上昇し、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの消費電流の電流値の変化量は中程度である。そのため、ＦＦＴ処理部５０は、消費電流の第４の直流成分（第３の直流成分よりも高い直流成分）を検出する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果（第４の直流成分の検出結果を含む）をフィルタリングすることによって、第４の電流値（第３の電流値よりも高い電流値）を算出する。制御部７０は、フィルタ部６０が算出した第４の電流値に対応する数（この場合、４つ）のコンバータ１１〜１４を負荷４０に電流を供給するコンバータとして動作させる。

タイミングｔ５での消費電流の電流値はタイミングｔ４から更に上昇し、タイミングｔ４からタイミングｔ５までの消費電流の電流値の変化量は中程度である。そのため、ＦＦＴ処理部５０は、消費電流の第５の直流成分（第４の直流成分よりも高い直流成分）を検出する。フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０によるＦＦＴ処理結果（第５の直流成分の検出結果を含む）をフィルタリングすることによって、第５の電流値（第４の電流値よりも高い電流値）を算出する。制御部７０は、フィルタ部６０が算出した第５の電流値に対応する数（この場合、４つ）のコンバータ１１〜１４を負荷４０に電流を供給するコンバータとして動作させる。

したがって、消費電流が急増する場合、ＦＦＴ処理だけでは電流変化量が中程度と評価されてコンバータの動作数が３つになるところ、フィルタ部６０により得られる包絡線に基づいてコンバータの動作数を４つにすることができる（タイミングｔ４参照）。コンバータの動作数が４つになることで、マルチフェーズ電源１０１から負荷４０に供給される電流が負荷４０の消費電流の急増によって不足することを低減又は解消することができる。その結果、電流不足による出力電圧Ｖｏｕｔの低下を抑制できるので、マルチフェーズ電源１０１の電力変換効率が低下することを抑制することができる。

同様に、消費電流が急減する場合、ＦＦＴ処理だけでは電流変化量が中程度と評価されてコンバータの動作数が３つになるところ、フィルタ部６０により得られる包絡線に基づいてコンバータの動作数を例えば１つにすることができる。コンバータの動作数が１つになることで、負荷４０が将来必要な電力に対して、必要以上の個数のコンバータが動作することを防ぐことができる。必要以上の個数のコンバータが動作することを防ぐことができるので、マルチフェーズ電源１０１の電力変換効率が低下することを抑制することができる。

なお、マルチフェーズ電源１０１の電力変換効率は、入出力される電力が変換される効率（入力電圧Ｖｉｎの入力電力Ｐｉｎと、出力電圧Ｖｏｕｔの出力電圧Ｐｏｕｔとの比率）を表す。電力変換効率ηは、「η＝Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ」によって表される。

このように、制御部７０は、フィルタ部６０が算出した電流値が高いほど、負荷４０に電流を供給するコンバータの数を増やし、フィルタ部６０が算出した電流値が低いほど、負荷４０に電流を供給するコンバータの数を減らす。例えば、制御部７０は、フィルタ部が算出した電流値が所定の閾値よりも高い場合、当該閾値よりも低い場合に比べて、負荷４０に電流を供給するコンバータの数を増やす。このように、フィルタ部が算出した電流値と比較される閾値が設定されることによって、コンバータの数を正確に増減させることができる。また、閾値が段階的に複数設けられることによって、フィルタ部６０が算出した電流値の大小に応じて、コンバータの数を正確に段階的に増減させることができる。

図１２は、電源制御方法の一例を示すフローチャートである。マルチフェーズ電源１０１は、スタートからエンドまでの一連の処理を所定のサンプリング周期で繰り返す。

ステップＳ１０にて、電流値測定部３０の増幅器は、負荷４０に流れる出力電流Ｉｏｕｔの電流を増幅する。電流増幅は無くてもよい。

ステップＳ２０にて、電流値測定部３０は、出力電流Ｉｏｕｔの電流値をサンプル（測定）する。

ステップＳ３０にて、ＦＦＴ処理部５０は、電流値測定部３０がステップＳ２０にて測定した電流値をＦＦＴ処理する。

ステップＳ４０にて、フィルタ部６０は、ＦＦＴ処理部５０がステップＳ３０にてＦＦＴ処理した結果をフィルタリングすることで、負荷電流の電流値を算出する。

ステップＳ５０にて、制御部７０は、フィルタ部６０がステップＳ４０にて算出した電流値Ｙに応じて、負荷４０に電力を供給するコンバータの数（フェーズ数）を制御する。

例えば図１に示されるように、制御部７０は、外部インターフェース９４を介して、電流値Ｙをフィルタ部６０から取得する。制御部７０の外部インターフェース９４は、電流値Ｙを取得して、制御部７０の監視制御部９５に伝送する。

監視制御部９５は、例えば、電流値Ｙの大きさに応じてコンバータの動作数を決定する。例えば、監視制御部９５は、電流値Ｙが第１の閾値を超えるとき、コンバータの動作数を１と決定し、電流値Ｙが第１の閾値よりも大きな第２の閾値を超えるとき、コンバータの動作数を２と決定する。

監視制御部９５は、コンバータの動作数を１と決定した場合、ＰＷＭ信号発生部７１に１つのコンバータ１１を動作させるＰＷＭ信号を出力させる。監視制御部９５は、コンバータの動作数を２と決定した場合、ＰＷＭ信号発生部７１，７２に２つのコンバータ１１，１２を動作させるＰＷＭ信号を出力させる。監視制御部９５は、コンバータの動作数を３と決定した場合、ＰＷＭ信号発生部７１〜７３に３つのコンバータ１１〜１３を動作させるＰＷＭ信号を出力させる。監視制御部９５は、コンバータの動作数を２と決定した場合、ＰＷＭ信号発生部７１〜７４に４つのコンバータ１１〜１４を動作させるＰＷＭ信号を出力させる。

なお、ＰＷＭ信号の周波数は、発振器９３による発振周波数に基づいて決定される。また、ＰＷＭ信号発生部７１〜７４は、ＰＷＭ信号のデューティ比の算出又は補正に、入力電圧監視部９１により監視された入力電圧Ｖｉｎを利用してもよいし、温度センサ９２により検出された温度を利用してもよい。

図１３は、フェーズ選択動作と必要フェーズ数との関係の一従来例を示す図である。図１３は、負荷に供給される電流を検出し、検出された電流の大きさに応じて決められた数のコンバータを動作させる従来のマルチフェーズ電源の動作例を示す。従来のマルチフェーズ電源は、負荷に供給される電流を検出した後、検出された電流の大きさに応じて決められた数のフェーズ数（コンバータの動作数）を決定する後追い型の制御を行う。そのため、実際に選択されたフェーズ数と、実際に必要なフェーズ数との間にミスマッチが発生する。

例えば、タイミングｔ２で検出された電流値に応じてフェーズ数が１と選択され、少なくとも次の電流値の検出タイミングｔ３までフェーズ数１が継続する。そのため、タイミングｔ３で検出された電流値に応じてフェーズ数が２と選択されても、タイミングｔ２からタイミングｔ３まで消費電流は増加するので、フェーズ数１では供給できる電流が不足することが起こりうる。他のタイミングについても同様である。

一方、図１４は、フェーズ選択動作と必要フェーズ数との関係の一実施例を示す図である。図１４は、測定した電流値をＦＦＴ処理した結果をフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に応じて決められた数のコンバータを動作させるマルチフェーズ電源の動作例を示す。

この場合、タイミングｔ２で測定された電流値をＦＦＴ処理した結果をフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に応じてフェーズ数が２と選択されるので、実際に選択されたフェーズ数と、実際に必要なフェーズ数との間にミスマッチが発生しない。したがって、タイミングｔ２からタイミングｔ３まで消費電流が増加しても、出力電流Ｉｏｕｔの不足や出力電圧Ｖｏｕｔの低下を抑制することができる。他のタイミングについても同様である。

このように、従来例では、測定された電流値の大きさに応じたフェーズ数に制御するため、急峻な電流変化には追従できない。しかしながら、本実施例のように、ＦＦＴ処理とフィルタ処理によって、急峻な電流変化量を把握することができかつＦＦＴ処理結果をそのままフェーズ数の選択制御に使用できるため、高速かつ高精度にフェーズ数の制御が可能になる。

本実施例によれば、電流値の変化に応じて瞬時にフェーズ数が増減することにより、出力電流Ｉｏｕｔの不足や出力電圧Ｖｏｕｔの低下が抑制されるので、従来の後追い型の制御では得られなかった高精度で高効率な電源の構築が可能となる。特に、電流値のＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理することにより包絡線を算出することで、必要な電流値やフェーズ数を算出することができる。よって、更に高精度かつ高効率な電源の構築が可能となる。

従来例では、フェーズ数が２つ必要な場合に、フェーズ数が例えば１つだけの選択になってしまう。例えばコンバータ一つ当たりの出力が１Ｖ×５Ａであるとする。コンバータ２つ分の１Ｖ×１０Ａの電力量が必要な時、一つのコンバータしか動いていないと、マルチフェーズ電源としての出力は１Ｖ×５Ａになるので、負荷に印加される電圧は、出力電流の不足により０．５Ｖに落ち込んでしまう。コンバータに過電流保護機能がついている場合、過電流保護機能が動作して、出力電圧が０Ｖになるおそれがある。これに対し、本実施例では、フェーズ数が２つ必要な場合に、フェーズ数が１つだけにならずに、２つのフェーズ数が選択される。

また、逆に、従来例では、一つのコンバータで電力を十分に賄うことができる状況でも、２つのコンバータが動作することがある。これに対し、本実施例では、一つのコンバータで電力を十分に賄うことができる状況で、フェーズ数が２つにならずに、１つのフェーズ数が選択される。

図１５〜１７は、マルチフェーズ電源１０１が搭載される通信カード２００の構成の一例とフェーズ選択状態の一例とを示す図である。通信カード２００は、マルチフェーズ電源１０１と、ＣＰＵ４１とを備える。ＣＰＵ４１は、負荷の一例であり、通信カード２００は、負荷が搭載される機器の一例である。

ＣＰＵ４１は、固定網と移動網との間で送受されるパケットのフォーマット変換処理を行う。通信カード２００は、通信機器に搭載される機器であって、固定網と移動網との間の通信を制御するものである。

通信カード２００の稼働度合いが高くなるにつれて、ＣＰＵ４１の消費電流も高くなる。そこで、制御部７０は、通信カード２００の稼働度合いに応じて、コンバータ１１〜１４のうちＣＰＵ４１に電流を供給するコンバータの数を制御する。制御部７０は、例えば、通信カード２００の稼働度合いをＣＰＵ４１から取得する。あるいは、通信カード２００が使用される通信システム３００の稼働度合いが高くなるにつれて、ＣＰＵ４１の消費電流も高くなる。そこで、制御部７０は、通信システム３００の稼働度合いに応じて、コンバータ１１〜１４のうちＣＰＵ４１に電流を供給するコンバータの数を制御してもよい。

したがって、通信カード２００又は通信システム３００の稼働度合いの急増に伴ってＣＰＵ４１の消費電流が急増しても、マルチフェーズ電源１０１からＣＰＵ４１に供給される電流が不足することを低減又は解消することができる。その結果、電流不足による出力電圧Ｖｏｕｔの低下を抑制できるので、マルチフェーズ電源１０１の電力変換効率が低下することを抑制することができる。

同様に、通信カード２００又は通信システム３００の稼働度合いの急減に伴ってＣＰＵ４１の消費電流が急減しても、ＣＰＵ４１が将来必要な電力に対して、必要以上の個数のコンバータが動作することを防止することができる。必要以上の個数のコンバータが動作することを防止することができるので、マルチフェーズ電源１０１の電力変換効率が低下することを抑制することができる。

制御部７０は、例えば、通信システム３００の稼働度合いを、通信システム３００内のオペレーション卓から取得する。通信システム３００の稼働度合いの具体例として、通信システム３００の輻輳の度合いがある。

例えば図１５に示されるように、制御部７０は、輻輳による通信の総量規制が１００％であることを通信システム３００から受信した場合、輻輳中のフェーズ数を４に常時固定することで、輻輳の低減に貢献できる。通信の総量規制が１００％であることは、輻輳の度合いが高いことを表す。

あるいは、図１６に示されるように、制御部７０は、輻輳による通信の総量規制が２５％であることを通信システム３００から受信した場合、輻輳中のフェーズ数を所定数以下に低減して制限することで、ＣＰＵ４１の処理量を一定量以下にできる。通信カード２００よりも上位の通信システム３００が通信の総量規制を２５％に設定しているので、ＣＰＵ４１の処理量が通信量の増加により過度に増加することはない。したがって、制御部７０は、輻輳による通信の総量規制が２５％であることを通信システム３００から受信した場合、輻輳中のフェーズ数を低めに設定できる。これにより、フェーズ数不足に備える必要が無いため、無駄な電力を省くことができ、高効率な電源を提供することができる。

また、図１７に示されるように、通信システム３００による通信が輻輳する繁忙期では、フェーズ数を増減する頻度が通常期に比べて大きくなりやすい。そこで、制御部７０は、輻輳の度合いが所定値以上であることを通信システム３００から受信した場合、輻輳の度合いが所定値未満であることを通信システム３００から受信した場合に比べて、フェーズ数を増やす。これにより、フェーズ数不足による電流不足や電圧低下を未然に防止することができる。

例えば、年末年始等の非常に通信負荷が高い高活性時と、通常の深夜２時頃の低活性時とでは、通信負荷が大きく異なっている。したがって、高活性時の設定に合わせたフェーズ数の増減動作では、低活性時も高フェーズ数に張り付く可能性があり、電力変換効率が低下するおそれがある。逆に、低活性時の設定に合わせたフェーズ数の増減動作では、高活性時もフェーズ数が低くなりやすいため、必要な電流量を供給できない可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、活性状態を考慮したフェーズ数の増減を通信システム３００側から制御部７０に指令できるので、効率的な電源の構築が可能である。

また、通信システム３００は、各通信カード２００のＦＦＴ結果を収集し、各通信カード２００又は通信カード２００を搭載する各通信機器の消費電流動向を把握でき、通信システム３００全体の発熱量を把握できる。通信システム３００は、通信システム３００全体の発熱量に基づいて、通信の総量規制をかけることで、通信カード２００又は通信カード２００を搭載する通信機器の発熱を抑制できる。また、通信システム３００は、あらかじめ輻輳や閑散が予想されているときには規制や放任設定を制御部７０に対してかけることで、フェーズ数の選択ミス低減を実現でき、輻輳に対応可能な電源を実現することができる。

以上、電源制御装置及び電源制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
負荷の消費電流の電流値を測定する電流値測定部と、
前記電流値測定部が測定した電流値をＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部と、
前記ＦＦＴ処理部による処理結果をフィルタ処理するフィルタ部と、
前記フィルタ部によるフィルタ処理結果に応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する制御部とを備える、電源制御装置。
（付記２）
前記フィルタ部は、前記処理結果をフィルタ処理して、前記消費電流の電流値を算出する、付記１に記載の電源制御装置。
（付記３）
前記フィルタ部は、ＦＩＲフィルタである、付記２に記載の電源制御装置。
（付記４）
前記制御部は、前記フィルタ部が算出した電流値が高いほど、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を増やす、付記２又は３に記載の電源制御装置。
（付記５）
前記制御部は、前記フィルタ部が算出した電流値が所定の閾値よりも高い場合、前記閾値よりも低い場合に比べて、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を増やす、付記２から４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
（付記６）
前記制御部は、前記電流値測定部が前記消費電流の電流値を次の測定タイミングで測定する前に、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を変更する、付記１から５のいずれか一項に記載の電源制御装置。
（付記７）
前記制御部は、前記負荷が搭載される機器の稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、付記１から６のいずれか一項に記載の電源制御装置。
（付記８）
前記制御部は、前記負荷が搭載される機器が使用されるシステムの稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、付記１から６のいずれか一項に記載の電源制御装置。
（付記９）
前記システムの稼働度合いは、通信システムの輻輳の度合いである、付記８に記載の電源制御装置。
（付記１０）
負荷の消費電流の電流値を測定し、
測定した電流値をＦＦＴ処理し、
ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理し、
フィルタ処理した結果に応じて、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、電源制御方法。
（付記１１）
前記ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理して、前記消費電流の電流値を算出する、付記１０に記載の電源制御方法。
（付記１２）
前記ＦＦＴ処理の結果をＦＩＲフィルタでフィルタ処理する、付記１１に記載の電源制御方法。
（付記１３）
前記ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理して算出した電流値が高いほど、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を増やす、付記１１又は１２に記載の電源制御方法。
（付記１４）
前記ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理して算出した電流値が所定の閾値よりも高い場合、前記閾値よりも低い場合に比べて、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を増やす、付記１１から１３のいずれか一項に記載の電源制御方法。
（付記１５）
前記消費電流の電流値を次の測定タイミングで測定する前に、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を変更する、付記１０から１４のいずれか一項に記載の電源制御方法。
（付記１６）
前記負荷が搭載される機器の稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、付記１０から１５のいずれか一項に記載の電源制御方法。
（付記１７）
前記負荷が搭載される機器が使用されるシステムの稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、付記１０から１５のいずれか一項に記載の電源制御方法。
（付記１８）
前記システムの稼働度合いは、通信システムの輻輳の度合いである、付記１７に記載の電源制御方法。

１１〜１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ ハイサイドスイッチ
２０ 電流値測定部
５０ ＦＦＴ処理部
６０ フィルタ部
７０ 制御部
１０１ マルチフェーズ電源
２００ 通信カード
３００ 通信システム

Claims (8)

1. 並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   負荷の消費電流の電流値を測定する電流値測定部と、
   前記電流値測定部が測定した電流値をＦＦＴ処理するＦＦＴ処理部と、
   前記ＦＦＴ処理部による処理結果をフィルタ処理するフィルタ部と、
   前記フィルタ部によるフィルタ処理結果に応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する制御部とを備える、電源制御装置。
2. 前記フィルタ部は、前記処理結果をフィルタ処理して、前記消費電流の電流値を算出する、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記制御部は、前記フィルタ部が算出した電流値が高いほど、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を増やす、請求項２に記載の電源制御装置。
4. 前記制御部は、前記電流値測定部が前記消費電流の電流値を次の測定タイミングで測定する前に、前記負荷に電流を供給するコンバータの数を変更する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
5. 前記制御部は、前記負荷が搭載される機器の稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
6. 前記制御部は、前記負荷が搭載される機器が使用されるシステムの稼働度合いに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
7. 前記システムの稼働度合いは、通信システムの輻輳の度合いである、請求項６に記載の電源制御装置。
8. 負荷の消費電流の電流値を測定し、
   測定した電流値をＦＦＴ処理し、
   ＦＦＴ処理の結果をフィルタ処理し、
   フィルタ処理した結果に応じて、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち前記負荷に電流を供給するコンバータの数を制御する、電源制御方法。

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