JP4283511B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばバッテリ等の入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置に係り、特に入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすようにしたスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電源装置の一つとして、例えばバッテリ等の入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置が、多く用いられてきている。
【０００３】
図９は、この種の従来のスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図である。
【０００４】
図９において、例えばバッテリ等の入力電源１の出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃと平滑コンデンサ（以下、単にコンデンサと称する）２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に供給する。
【０００５】
出力電流検出器５では、スイッチング電源主回路２の出力電流を検出する。
【０００６】
出力電圧検出器６では、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出する。
【０００７】
制御装置３１は、スイッチング電源主回路２の出力を制御すると共に、保護装置１０からの信号に基づいて運転の停止を行なう。
【０００８】
スイッチング電源主回路２の出力を制御するために、電圧制御装置８では、出力電圧検出器６からの出力と出力電圧指令値との偏差に基づいて、電圧指令値を出力する。
【０００９】
コンパレータ１２では、電圧制御装置８からの出力とキャリア発生器２１からのキャリア信号とを入力し、両者を比較してスイッチングパターンを決定する。
【００１０】
ゲート出力回路１９では、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２に出力する。
【００１１】
保護装置１０では、出力電流検出器５からの出力電流、出力電圧検出器６からの出力電圧が設定値を越えると、制御装置３１に対して保護信号を出力して、スイッチング電源主回路２の保護動作を行なう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のスイッチング電源装置においては、次のような問題点がある。
【００１３】
すなわち、バッテリ等の入力電源１で駆動するスイッチング電源装置は、入力電源１のリプルによって、入力電源１の寿命が低下する。
【００１４】
この入力電源１のリプルを分類すると、スイッチング時のリプル、および制御応答によるリプルが存在する。
【００１５】
このうち、スイッチング時のリプルは、温度変化によって、スイッチング電源主回路２のリアクトル２ｃのインダクタンスの減少、コンデンサ２ｄの容量が減少した場合に、リプルが増加する。
【００１６】
また、スイッチング時のリプルは、デューティによって変化する。
【００１７】
図９に示す従来例のような一相構成のスイッチング電源装置では、デューティ５０％時にリプルが最大となり、二相構成のスイッチング電源装置では、デューティ２５％およびデューティ７５％時にリプルが最大となる。
【００１８】
一方、制御応答によるリプルは、指令値が急峻な変化した場合には、この指令値に応答するために、瞬間的なリプルが発生する。
【００１９】
また、入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する場合には、デューティに対する入力電流の相間関係が変化するために、瞬時的なリプルが発生する。
【００２０】
以上のような入力電流のリプルによって、入力電源１の寿命が低下するという問題点がある。
【００２１】
本発明の目的は、入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給し、主回路がスイッチング素子とリアクトルとコンデンサとからなるスイッチング電源装置において、スイッチング電源装置本体内の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された温度に基づいて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正するスイッチング周波数補正手段とを備え、スイッチング周波数補正手段としては、温度検出手段により検出された温度に基づいて、リアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量の変化を演算する手段と、基準温度でのリアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量に対する変化率を演算する手段と、演算されたリアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量の変化率に応じた値を、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正量として出力する手段とを備えている。
【００４４】
以上により、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図９と同一要素には同一符号を付して示している。
【００４７】
図１において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００４８】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００４９】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００５０】
温度検出器１３は、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄに近接した温度、すなわちスイッチング電源装置本体内の温度を検出し、スイッチング周波数補正装置１６と、補正開始判定器１４および補正完了判定器１５にそれぞれ出力する。
【００５１】
補正開始判定器１４は、温度検出器１３により検出された温度が規定温度以下になったことを検出した場合に、制御を開始する信号を出力する。
【００５２】
補正完了判定器１５は、温度検出器１３により検出された温度が規定値を超えた場合に、補正を完了する信号を出力する。
【００５３】
スイッチング周波数補正装置１６は、温度検出器１３により検出された温度に基づいて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正する。
【００５４】
すなわち、スイッチング周波数補正装置１６は、インダクタンス演算器２４と、定常温度インダクタンス値設定器１７と、除算器１８とからなる。
【００５５】
インダクタンス演算器２４は、あらかじめリアクトル２ｃのインダクタンスの温度特性、コンデンサ２ｄの温度特性を保存しており、温度検出器１３により検出された温度に基づいてインダクタンスの値を出力する。
【００５６】
除算器１８は、定常温度インダクタンス値設定器１７により設定された定常温度時のインダクタンス値を、インダクタンス演算器２４からの演算結果で除算し、スイッチング周波数補正信号としてキャリア発生器２１に出力する。
【００５７】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００５８】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００５９】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００６０】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング周波数補正装置１６では、温度検出器１３からの出力から、リアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少値を推定し、この推定値から、定常状態に反比例した値を補正値として出力する。
【００６１】
そして、この補正値の出力をキャリア発生器２１で加算することにより、リアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少時のスイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００６２】
この場合、リアクトル２ｃのインダクタンスとコンデンサ２ｄの容量の変化率に応じて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正することにより、スイッチング周波数の補正をより精度良く行なうことができる。
【００６３】
また、温度検出器１３により検出された温度が規定温度以下になったことを検出した場合に、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正を開始し、温度検出器１３により検出された温度が規定値を超えた場合に、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正を停止することにより、スイッチング周波数の補正をより効率的に行なうことができる。
【００６４】
補正開始判定器１４は、制御を開始する信号を出力する。
【００６５】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体内のリアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少時にスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルをより効率的にかつより精度良く低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００６７】
図２において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００６８】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００６９】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００７０】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出する。
【００７１】
リプル電流検出器２２は、入力電流検出器４により検出された入力電流のリプル量を検出する。
【００７２】
スイッチング周波数補正装置１６ａは、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量に比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【００７３】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００７４】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００７５】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００７６】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流のリプルに応じて、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００７７】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプル値に応じてスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００７８】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図２と同一要素には同一符号を付して示している。
【００７９】
図３において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００８０】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００８１】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００８２】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出する。
【００８３】
リプル電流検出器２２は、入力電流検出器４により検出された入力電流のリプル量を検出する。
【００８４】
スイッチング周波数補正装置１６ａは、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量に比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【００８５】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００８６】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００８７】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００８８】
保護装置２３は、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量が規定の保護設定値を超えた場合に、スイッチング電源装置本体の運転を停止する信号をゲート出力回路１９に出力すると共に、アラーム表示装置２３ａに警報を出力する。
【００８９】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流のリプルに応じて、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００９０】
また、主回路および制御回路の異常等によって、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプルが過大になった場合に、保護装置２３が動作することで入力電源１の保護を行なうことができる。
【００９１】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプル値に応じてスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００９２】
また、温度の変化によってスイッチング電源主回路２内のリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電源１の保護を行なって、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００９３】
（第４の実施の形態）
図４は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００９４】
図４において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００９５】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００９６】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００９７】
入力電圧検出器３０は、スイッチング電源主回路２の入力電圧を検出する。
【００９８】
デューティ推定器３３は、入力電圧検出器３０により検出された入力電圧と出力電圧指令値とに基づいて、スイッチング電源装置本体のデューティを推定演算する。
【００９９】
キャリア補正器２５は、デューティ推定器３３により演算されたデューティを補正関数器２５ｂに出力し、このデューティに反比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【０１００】
キャリア発生器２１は、キャリア補正器２５からの出力値を基本周波数に加算したキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１０１】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１０２】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１０３】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電圧の検出値と出力電圧の指令値とからデューティを推定演算し、このデューティの推定値に反比例した値をスイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の周波数指令値に加算することにより、デューティが小さい場合には、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体のデューティの減少に従いスイッチング周波数を高くすることにより、デューティが小さい場合にはスイッチング周波数を増加させて、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１０５】
（第５の実施の形態）
図５は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図４と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１０６】
図５において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１０７】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１０８】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１０９】
入力電圧検出器３０は、スイッチング電源主回路２の入力電圧を検出する。
【０１１０】
デューティ推定器３３は、入力電圧検出器３０により検出された入力電圧と出力電圧指令値とに基づいて、スイッチング電源装置本体のデューティを推定演算する。
【０１１１】
キャリア補正器２５ｃは、デューティ推定器３３により演算されたデューティを補正関数器２５ｄに出力し、一相スイッチング電源の構成でリプルが最大となるデューティ５０％時の補正値を最大となる補正値として、キャリア発生器２１に出力する。
【０１１２】
キャリア発生器２１は、キャリア補正器２５ｃからの補正値を基本周波数に加算し、この周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１１３】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１１４】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１１５】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電圧の検出値と出力電圧の指令値とからデューティを推定演算し、リプルが最大となるデューティでのスイッチング周波数を最大として動作させることにより、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１１６】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体のリプルが大きくなるデューティでは、スイッチング周波数を高くすることにより、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１７】
（第６の実施の形態）
図６は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図２と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１１８】
図６において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１１９】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１２０】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値を出力指令リミッタ２７に出力する。
【０１２１】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出し、その出力を電流断続検出器２８に出力する。
【０１２２】
電流断続検出器２８は、入力電流検出器４により検出された入力電流が断続する状態から連続状態になる電流基準を保存し、それ以下の場合には出力指令を制限するように出力指令リミッタ２７のリミット値を設定する。
【０１２３】
出力指令リミッタ２７は、電流断続検出器２８により設定されたリミット値にしたがって、出力電圧制御装置８からの出力を制限した電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１２４】
キャリア発生器２１は、一定周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１２５】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力指令リミッタ２７からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１２６】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１２７】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する期間の出力電圧制御装置８からの出力を制限することで、スイッチング電源装置本体のデューティに対する入力電流の相間関係が変化する時に発生する瞬時的なリプルを低減することができる。
【０１２８】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する期間の出力電圧の制御出力を制限して、デューティに対する入力電流の相間関係が変化する時に発生する瞬時的なリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１２９】
（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図６と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１３０】
図７において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１３１】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出し、その出力をゲイン切替器２６に出力する。
【０１３２】
また、入力電流検出器４からの出力と入力電流指令値との偏差を入力電流制御装置７に出力する。
【０１３３】
出力電流検出器５は、スイッチング電源主回路２の出力電流を検出する。
【０１３４】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１３５】
最小値選択装置９は、入力電流制御装置７からの出力と出力電圧制御装置８からの出力とのうちの小さい方を、出力電流制御装置１０に出力する。
【０１３６】
出力電流制御装置１０は、最小値選択装置９からの出力と出力電流検出器５により検出された出力電流との偏差に基づいて、スイッチング電源主回路２の電流指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１３７】
ゲイン切替器２６は、入力電流検出器４により検出された入力電流に反比例したゲイン補正値を、入力電流制御装置７と出力電圧制御装置８、および出力電流制御装置１０にそれぞれ出力する。
【０１３８】
キャリア発生器２１は、一定周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１３９】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電流制御装置１０からの電流指令値とを比較し、その比較結果をゲート出力回路１９に出力する。
【０１４０】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１４１】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流の場合に制御応答が遅くなるのを、入力電流制御装置７、出力電圧制御装置８、出力制御装置１０のゲインに補正を加えて改善することで、スイッチング電源装置本体の入力電流基準を絞る必要がある場合に発生する、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１４２】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、入力電流制御、出力電圧制御、出力制御のゲインを補正して、小電流時の制御応答性を改善することで、小電流時の電流リプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４３】
（第８の実施の形態）
図８は、本実施の形態によるスイッチング電源装置におけるスイッチング電源主回路の構成例を示す斜視図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１４４】
図８において、スイッチング電源主回路２は、スイッチング素子２ｂのフィン３２に、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄの両方を一体に取り付ける、すなわちスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄを同一のフィン３２に取り付けた構成としている。
【０１４５】
なお、スイッチング素子２ｂのフィン３２に、リアクトル２ｃまたはコンデンサ２ｄのうちのいずれか一方のみを一体に取り付けるようにしてもよい。
【０１４６】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄの温度変化を低減することができ、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１４７】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、温度の変化によってスイッチング電源装置本体内のリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量の減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４８】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスイッチング電源装置によれば、温度の変化によってスイッチング電源装置本体内のリアクトルのインダクタンスおよびコンデンサの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５０】
また、本発明のスイッチング電源装置によれば、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５１】
さらに、本発明のスイッチング電源装置によれば、小電流の電流断続状態から連続状態に移行する場合の電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５２】
さらにまた、本発明のスイッチング電源装置によれば、小電流時の制御応答性を改善し、小電流時の電流リプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスイッチング電源装置の第１の実施の形態を示すブロック回路図。
【図２】本発明によるスイッチング電源装置の第２の実施の形態を示すブロック回路図。
【図３】本発明によるスイッチング電源装置の第３の実施の形態を示すブロック回路図。
【図４】本発明によるスイッチング電源装置の第４の実施の形態を示すブロック回路図。
【図５】本発明によるスイッチング電源装置の第５の実施の形態を示すブロック回路図。
【図６】本発明によるスイッチング電源装置の第６の実施の形態を示すブロック回路図。
【図７】本発明によるスイッチング電源装置の第７の実施の形態を示すブロック回路図。
【図８】本発明によるスイッチング電源装置の第８の実施の形態を示す斜視図。
【図９】従来のスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図。
【符号の説明】
１…入力電源
２…スイッチング電源主回路
２ａ…整流素子
２ｂ…スイッチング素子
２ｃ…リアクトル
２ｄ…コンデンサ
３…出力選択装置
４…入力電流検出器
５…出力電流検出器
６…出力電圧検出器
７…入力電流制御装置
８…出力電圧制御装置
９…最小値選択装置
１０…出力電流制御装置
１１…負荷
１２…コンパレータ
１３…温度検出器
１４…補正開始判定器
１５…補正完了判定器
１６…スイッチング周波数補正装置
１６a…スイッチング周波数補正装置
１７…定常温度インダクタンス値設定器
１８…除算器
１８ａ…補正ゲイン
１９…ゲート出力回路
２１…キャリア発生器
２２…リプル検出器
２３…保護装置
２３ａ…警報装置
２４…インダクタンス演算装置
２５…キャリア補正器
２５ｂ…キャリア補正関数器
２５ｃ…キャリア補正器
２５ｄ…キャリア補正関数器
２６…ゲイン切替器
２７…出力指令リミッタ
２８…電流断続検出器
２９ａ…入力電流基準リミッタ
２９ｂ…出力電圧基準リミッタ
３０…入力電圧検出器
３１…従来の制御装置
３２…フィン
３３…デューティ推定装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばバッテリ等の入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置に係り、特に入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすようにしたスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電源装置の一つとして、例えばバッテリ等の入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置が、多く用いられてきている。
【０００３】
図９は、この種の従来のスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図である。
【０００４】
図９において、例えばバッテリ等の入力電源１の出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃと平滑コンデンサ（以下、単にコンデンサと称する）２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に供給する。
【０００５】
出力電流検出器５では、スイッチング電源主回路２の出力電流を検出する。
【０００６】
出力電圧検出器６では、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出する。
【０００７】
制御装置３１は、スイッチング電源主回路２の出力を制御すると共に、保護装置１０からの信号に基づいて運転の停止を行なう。
【０００８】
スイッチング電源主回路２の出力を制御するために、電圧制御装置８では、出力電圧検出器６からの出力と出力電圧指令値との偏差に基づいて、電圧指令値を出力する。
【０００９】
コンパレータ１２では、電圧制御装置８からの出力とキャリア発生器２１からのキャリア信号とを入力し、両者を比較してスイッチングパターンを決定する。
【００１０】
ゲート出力回路１９では、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２に出力する。
【００１１】
保護装置１０では、出力電流検出器５からの出力電流、出力電圧検出器６からの出力電圧が設定値を越えると、制御装置３１に対して保護信号を出力して、スイッチング電源主回路２の保護動作を行なう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のスイッチング電源装置においては、次のような問題点がある。
【００１３】
すなわち、バッテリ等の入力電源１で駆動するスイッチング電源装置は、入力電源１のリプルによって、入力電源１の寿命が低下する。
【００１４】
この入力電源１のリプルを分類すると、スイッチング時のリプル、および制御応答によるリプルが存在する。
【００１５】
このうち、スイッチング時のリプルは、温度変化によって、スイッチング電源主回路２のリアクトル２ｃのインダクタンスの減少、コンデンサ２ｄの容量が減少した場合に、リプルが増加する。
【００１６】
また、スイッチング時のリプルは、デューティによって変化する。
【００１７】
図９に示す従来例のような一相構成のスイッチング電源装置では、デューティ５０％時にリプルが最大となり、二相構成のスイッチング電源装置では、デューティ２５％およびデューティ７５％時にリプルが最大となる。
【００１８】
一方、制御応答によるリプルは、指令値が急峻な変化した場合には、この指令値に応答するために、瞬間的なリプルが発生する。
【００１９】
また、入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する場合には、デューティに対する入力電流の相間関係が変化するために、瞬時的なリプルが発生する。
【００２０】
以上のような入力電流のリプルによって、入力電源１の寿命が低下するという問題点がある。
【００２１】
本発明の目的は、入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給し、主回路がスイッチング素子とリアクトルとコンデンサとからなるスイッチング電源装置において、スイッチング電源装置本体内の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された温度に基づいて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正するスイッチング周波数補正手段とを備え、スイッチング周波数補正手段としては、温度検出手段により検出された温度に基づいて、リアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量の変化を演算する手段と、基準温度でのリアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量に対する変化率を演算する手段と、演算されたリアクトルのインダクタンスとコンデンサの容量の変化率に応じた値を、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正量として出力する手段とを備えている。
【００４４】
以上により、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図９と同一要素には同一符号を付して示している。
【００４７】
図１において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００４８】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００４９】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００５０】
温度検出器１３は、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄに近接した温度、すなわちスイッチング電源装置本体内の温度を検出し、スイッチング周波数補正装置１６と、補正開始判定器１４および補正完了判定器１５にそれぞれ出力する。
【００５１】
補正開始判定器１４は、温度検出器１３により検出された温度が規定温度以下になったことを検出した場合に、制御を開始する信号を出力する。
【００５２】
補正完了判定器１５は、温度検出器１３により検出された温度が規定値を超えた場合に、補正を完了する信号を出力する。
【００５３】
スイッチング周波数補正装置１６は、温度検出器１３により検出された温度に基づいて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正する。
【００５４】
すなわち、スイッチング周波数補正装置１６は、インダクタンス演算器２４と、定常温度インダクタンス値設定器１７と、除算器１８とからなる。
【００５５】
インダクタンス演算器２４は、あらかじめリアクトル２ｃのインダクタンスの温度特性、コンデンサ２ｄの温度特性を保存しており、温度検出器１３により検出された温度に基づいてインダクタンスの値を出力する。
【００５６】
除算器１８は、定常温度インダクタンス値設定器１７により設定された定常温度時のインダクタンス値を、インダクタンス演算器２４からの演算結果で除算し、スイッチング周波数補正信号としてキャリア発生器２１に出力する。
【００５７】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００５８】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００５９】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００６０】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング周波数補正装置１６では、温度検出器１３からの出力から、リアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少値を推定し、この推定値から、定常状態に反比例した値を補正値として出力する。
【００６１】
そして、この補正値の出力をキャリア発生器２１で加算することにより、リアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少時のスイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００６２】
この場合、リアクトル２ｃのインダクタンスとコンデンサ２ｄの容量の変化率に応じて、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正することにより、スイッチング周波数の補正をより精度良く行なうことができる。
【００６３】
また、温度検出器１３により検出された温度が規定温度以下になったことを検出した場合に、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正を開始し、温度検出器１３により検出された温度が規定値を超えた場合に、スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正を停止することにより、スイッチング周波数の補正をより効率的に行なうことができる。
【００６４】
補正開始判定器１４は、制御を開始する信号を出力する。
【００６５】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体内のリアクトル２ｃのインダクタンス、コンデンサ２ｄの容量の減少時にスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルをより効率的にかつより精度良く低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００６７】
図２において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００６８】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００６９】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００７０】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出する。
【００７１】
リプル電流検出器２２は、入力電流検出器４により検出された入力電流のリプル量を検出する。
【００７２】
スイッチング周波数補正装置１６ａは、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量に比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【００７３】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００７４】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００７５】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００７６】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流のリプルに応じて、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００７７】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプル値に応じてスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００７８】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図２と同一要素には同一符号を付して示している。
【００７９】
図３において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００８０】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００８１】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００８２】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出する。
【００８３】
リプル電流検出器２２は、入力電流検出器４により検出された入力電流のリプル量を検出する。
【００８４】
スイッチング周波数補正装置１６ａは、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量に比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【００８５】
キャリア発生器２１は、スイッチング周波数補正信号を基本周波数に加算した周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【００８６】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【００８７】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【００８８】
保護装置２３は、リプル電流検出器２２により検出されたリプル量が規定の保護設定値を超えた場合に、スイッチング電源装置本体の運転を停止する信号をゲート出力回路１９に出力すると共に、アラーム表示装置２３ａに警報を出力する。
【００８９】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流のリプルに応じて、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【００９０】
また、主回路および制御回路の異常等によって、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプルが過大になった場合に、保護装置２３が動作することで入力電源１の保護を行なうことができる。
【００９１】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体の入力電流のリプル値に応じてスイッチング周波数を増加させて、温度の変化によってリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００９２】
また、温度の変化によってスイッチング電源主回路２内のリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量が減少した場合でも、入力電源１の保護を行なって、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【００９３】
（第４の実施の形態）
図４は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００９４】
図４において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【００９５】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【００９６】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【００９７】
入力電圧検出器３０は、スイッチング電源主回路２の入力電圧を検出する。
【００９８】
デューティ推定器３３は、入力電圧検出器３０により検出された入力電圧と出力電圧指令値とに基づいて、スイッチング電源装置本体のデューティを推定演算する。
【００９９】
キャリア補正器２５は、デューティ推定器３３により演算されたデューティを補正関数器２５ｂに出力し、このデューティに反比例した値を、キャリア発生器２１に出力する。
【０１００】
キャリア発生器２１は、キャリア補正器２５からの出力値を基本周波数に加算したキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１０１】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１０２】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１０３】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電圧の検出値と出力電圧の指令値とからデューティを推定演算し、このデューティの推定値に反比例した値をスイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の周波数指令値に加算することにより、デューティが小さい場合には、スイッチング周波数を増加させることで、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体のデューティの減少に従いスイッチング周波数を高くすることにより、デューティが小さい場合にはスイッチング周波数を増加させて、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１０５】
（第５の実施の形態）
図５は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図４と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１０６】
図５において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１０７】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１０８】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１０９】
入力電圧検出器３０は、スイッチング電源主回路２の入力電圧を検出する。
【０１１０】
デューティ推定器３３は、入力電圧検出器３０により検出された入力電圧と出力電圧指令値とに基づいて、スイッチング電源装置本体のデューティを推定演算する。
【０１１１】
キャリア補正器２５ｃは、デューティ推定器３３により演算されたデューティを補正関数器２５ｄに出力し、一相スイッチング電源の構成でリプルが最大となるデューティ５０％時の補正値を最大となる補正値として、キャリア発生器２１に出力する。
【０１１２】
キャリア発生器２１は、キャリア補正器２５ｃからの補正値を基本周波数に加算し、この周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１１３】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電圧制御装置８からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１１４】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１１５】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電圧の検出値と出力電圧の指令値とからデューティを推定演算し、リプルが最大となるデューティでのスイッチング周波数を最大として動作させることにより、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１１６】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源装置本体のリプルが大きくなるデューティでは、スイッチング周波数を高くすることにより、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１７】
（第６の実施の形態）
図６は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図２と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１１８】
図６において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１１９】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１２０】
出力電圧制御装置８は、電圧指令値を出力指令リミッタ２７に出力する。
【０１２１】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出し、その出力を電流断続検出器２８に出力する。
【０１２２】
電流断続検出器２８は、入力電流検出器４により検出された入力電流が断続する状態から連続状態になる電流基準を保存し、それ以下の場合には出力指令を制限するように出力指令リミッタ２７のリミット値を設定する。
【０１２３】
出力指令リミッタ２７は、電流断続検出器２８により設定されたリミット値にしたがって、出力電圧制御装置８からの出力を制限した電圧指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１２４】
キャリア発生器２１は、一定周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１２５】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力指令リミッタ２７からの電圧指令値とを比較し、その比較の比較結果を、ゲート出力回路１９に出力する。
【０１２６】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１２７】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する期間の出力電圧制御装置８からの出力を制限することで、スイッチング電源装置本体のデューティに対する入力電流の相間関係が変化する時に発生する瞬時的なリプルを低減することができる。
【０１２８】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、電流が断続状態から連続状態に変化する期間の出力電圧の制御出力を制限して、デューティに対する入力電流の相間関係が変化する時に発生する瞬時的なリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１２９】
（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態によるスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図であり、図６と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１３０】
図７において、例えばバッテリ等の入力電源１は、その出力を、整流素子２ａとスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄとからなるスイッチング電源主回路２により、スイッチング制御して負荷１１に電源を供給する。
【０１３１】
入力電流検出器４は、スイッチング電源主回路２の入力電流を検出し、その出力をゲイン切替器２６に出力する。
【０１３２】
また、入力電流検出器４からの出力と入力電流指令値との偏差を入力電流制御装置７に出力する。
【０１３３】
出力電流検出器５は、スイッチング電源主回路２の出力電流を検出する。
【０１３４】
出力電圧検出器６は、スイッチング電源主回路２の出力電圧を検出し、出力電圧指令値との偏差を出力電圧制御装置８に出力する。
【０１３５】
最小値選択装置９は、入力電流制御装置７からの出力と出力電圧制御装置８からの出力とのうちの小さい方を、出力電流制御装置１０に出力する。
【０１３６】
出力電流制御装置１０は、最小値選択装置９からの出力と出力電流検出器５により検出された出力電流との偏差に基づいて、スイッチング電源主回路２の電流指令値をコンパレータ１２に出力する。
【０１３７】
ゲイン切替器２６は、入力電流検出器４により検出された入力電流に反比例したゲイン補正値を、入力電流制御装置７と出力電圧制御装置８、および出力電流制御装置１０にそれぞれ出力する。
【０１３８】
キャリア発生器２１は、一定周波数のキャリア信号を、コンパレータ１２に出力する。
【０１３９】
コンパレータ１２は、キャリア発生器２１からのキャリア信号と出力電流制御装置１０からの電流指令値とを比較し、その比較結果をゲート出力回路１９に出力する。
【０１４０】
ゲート出力回路１９は、コンパレータ１２からの出力信号を増幅して、スイッチング電源主回路２内のスイッチング素子２ｂに出力する。
【０１４１】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流の場合に制御応答が遅くなるのを、入力電流制御装置７、出力電圧制御装置８、出力制御装置１０のゲインに補正を加えて改善することで、スイッチング電源装置本体の入力電流基準を絞る必要がある場合に発生する、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１４２】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、スイッチング電源主回路２の入力電流が小電流時に、入力電流制御、出力電圧制御、出力制御のゲインを補正して、小電流時の制御応答性を改善することで、小電流時の電流リプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４３】
（第８の実施の形態）
図８は、本実施の形態によるスイッチング電源装置におけるスイッチング電源主回路の構成例を示す斜視図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１４４】
図８において、スイッチング電源主回路２は、スイッチング素子２ｂのフィン３２に、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄの両方を一体に取り付ける、すなわちスイッチング素子２ｂとリアクトル２ｃとコンデンサ２ｄを同一のフィン３２に取り付けた構成としている。
【０１４５】
なお、スイッチング素子２ｂのフィン３２に、リアクトル２ｃまたはコンデンサ２ｄのうちのいずれか一方のみを一体に取り付けるようにしてもよい。
【０１４６】
以上のような本実施の形態によるスイッチング電源装置においては、リアクトル２ｃとコンデンサ２ｄの温度変化を低減することができ、入力電流のリプルを低減することができる。
【０１４７】
上述したように、本実施の形態によるスイッチング電源装置では、温度の変化によってスイッチング電源装置本体内のリアクトル２ｃのインダクタンスおよびコンデンサ２ｄの容量の減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源１の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４８】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスイッチング電源装置によれば、温度の変化によってスイッチング電源装置本体内のリアクトルのインダクタンスおよびコンデンサの容量が減少した場合でも、入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５０】
また、本発明のスイッチング電源装置によれば、デューティの変化による入力電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５１】
さらに、本発明のスイッチング電源装置によれば、小電流の電流断続状態から連続状態に移行する場合の電流のリプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１５２】
さらにまた、本発明のスイッチング電源装置によれば、小電流時の制御応答性を改善し、小電流時の電流リプルを低減して、入力電源の寿命を延ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスイッチング電源装置の第１の実施の形態を示すブロック回路図。
【図２】本発明によるスイッチング電源装置の第２の実施の形態を示すブロック回路図。
【図３】本発明によるスイッチング電源装置の第３の実施の形態を示すブロック回路図。
【図４】本発明によるスイッチング電源装置の第４の実施の形態を示すブロック回路図。
【図５】本発明によるスイッチング電源装置の第５の実施の形態を示すブロック回路図。
【図６】本発明によるスイッチング電源装置の第６の実施の形態を示すブロック回路図。
【図７】本発明によるスイッチング電源装置の第７の実施の形態を示すブロック回路図。
【図８】本発明によるスイッチング電源装置の第８の実施の形態を示す斜視図。
【図９】従来のスイッチング電源装置の構成例を示すブロック回路図。
【符号の説明】
１…入力電源
２…スイッチング電源主回路
２ａ…整流素子
２ｂ…スイッチング素子
２ｃ…リアクトル
２ｄ…コンデンサ
３…出力選択装置
４…入力電流検出器
５…出力電流検出器
６…出力電圧検出器
７…入力電流制御装置
８…出力電圧制御装置
９…最小値選択装置
１０…出力電流制御装置
１１…負荷
１２…コンパレータ
１３…温度検出器
１４…補正開始判定器
１５…補正完了判定器
１６…スイッチング周波数補正装置
１６a…スイッチング周波数補正装置
１７…定常温度インダクタンス値設定器
１８…除算器
１８ａ…補正ゲイン
１９…ゲート出力回路
２１…キャリア発生器
２２…リプル検出器
２３…保護装置
２３ａ…警報装置
２４…インダクタンス演算装置
２５…キャリア補正器
２５ｂ…キャリア補正関数器
２５ｃ…キャリア補正器
２５ｄ…キャリア補正関数器
２６…ゲイン切替器
２７…出力指令リミッタ
２８…電流断続検出器
２９ａ…入力電流基準リミッタ
２９ｂ…出力電圧基準リミッタ
３０…入力電圧検出器
３１…従来の制御装置
３２…フィン
３３…デューティ推定装置。
Claims (6)
- 入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給し、主回路がスイッチング素子とリアクトルとコンデンサとからなるスイッチング電源装置において、
前記スイッチング電源装置本体内の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を補正するスイッチング周波数補正手段とを備え、
前記スイッチング周波数補正手段としては、
前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記リアクトルのインダクタンスと前記コンデンサの容量の変化を演算する手段と、
基準温度での前記リアクトルのインダクタンスと前記コンデンサの容量に対する変化率を演算する手段と、
前記演算されたリアクトルのインダクタンスと前記コンデンサの容量の変化率に応じた値を、前記スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正量として出力する手段と、
を備えて成ることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記請求項１に記載のスイッチング電源装置において、
前記温度検出手段により検出された温度が規定温度以下であることを検出した場合に、前記スイッチング周波数補正手段によるスイッチング周波数の補正を開始する補正開始判定手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が前記規定温度以上となったことを検出した場合に、前記スイッチング周波数補正手段によるスイッチング周波数の補正を停止する補正完了判定手段と、
を付加して成ることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置において、
前記スイッチング素子のフィンに、前記リアクトルまたは前記コンデンサのうちの少なくとも一方を一体に取り付けて成ることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記スイッチング電源装置本体の出力電圧指令値と前記スイッチング電源装置本体の入力電圧の検出値とに基づいて、前記スイッチング電源本体のデューティを演算するデューティ演算手段と、
前記デューティ演算手段により演算されたデューティに応じて、前記スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数を反比例的に補正するスイッチング周波数補正手段と、
を備えて成ることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 入力電源の出力をスイッチング制御して負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記スイッチング電源装置本体の出力電圧指令値と前記スイッチング電源装置本体の入力電圧の検出値とに基づいて、前記スイッチング電源本体のデューティを演算するデューティ演算手段と、
前記デューティ演算手段により演算されたデューティから当該デューティに対する最大リプルを求め、この時の補正ゲインを最大値として前記スイッチング電源装置本体のスイッチング周波数の補正するスイッチング周波数補正手段と、
を備えて成ることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記請求項４または請求項５に記載のスイッチング電源装置において、
前記スイッチング電源装置は、前記入力電源の出力を、スイッチング素子とリアクトルとコンデンサとからなる主回路によりスイッチング制御して前記負荷に供給し、
前記スイッチング素子のフィンに、前記リアクトルまたは前記コンデンサのうちの少なくとも一方を一体に取り付けて成ることを特徴とするスイッチング電源装置。
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