JP5194665B2

JP5194665B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP5194665B2
Application number: JP2007238836A
Authority: JP
Inventors: 栄治竹上
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: JP2009072004A

Description

本発明は、出力端子から負荷に至る負荷線の電圧降下を考慮して、負荷端にセンシング線を繋ぐことにより、負荷端電圧を検出する電源装置に関する。

従来のこの種の電源装置として、例えば特許文献１には、直流電源からの入力電圧を直流出力電圧に変換する電源部として、ＦＥＴなどのスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチングにより、トランスを介して伝送される入力電圧が断続的に供給されるインダクタと、このインダクタに流れる電流を平滑化する出力コンデンサとを備え、インダクタと共に出力平滑回路を構成する出力コンデンサの両端間に負荷を接続することで、この負荷に出力電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。

また、この特許文献１では、電源部の出力電圧を監視して、スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部を制御する制御部を備えている。
特開２００５−３０４２７３号公報

従来の電源装置は、次のような問題点がある。

出力電圧が発生する電源装置の出力端子（出力端）には、前述の負荷が接続される。ところが、出力端から負荷の端部すなわち負荷端に至るまでの負荷線長が延びるに従って、負荷線の電気的な特性による制御系の影響が無視できなくなり、最適な制御が行なわれなくなる。

こうした問題に対し、従来は負荷線の抵抗分による電圧降下を考慮して、出力端子の他にセンシング端子を電源装置に設け、このセンシング端子と負荷端との間に負荷線とは別なセンシング線を接続することで、出力端の電圧ではなく、負荷端の電圧が設定電圧に近づくような制御を行なう電源装置が提案されている。

しかし、こうしたセンシング機能は、負荷線の抵抗成分に対しては有効であるものの、負荷線のインダクタンス成分を考慮したものではなく、負荷線長の変動に伴ない、負荷線のインダクタンスが増減したり、ユーザがノイズ低減のために、負荷線にインダクタを挿入接続する場合には、出力端から負荷端の間に存在するインダクタンスが変化したのを制御部が正確に把握できない。そのため、予め設定した制御パラメータのままでは、最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給できない懸念を生じる。

そこで本発明は、こうした問題に鑑み、出力端と負荷端との間に存在するインダクタンスが変動する場合であっても、制御部がこれを正しく把握することができる電源装置を提供することをその第１の目的とする。

また本発明の第２の目的は、最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給できる電源装置を提供することにある。

本発明は、上記第１の目的を達成するために、インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端に接続する出力端子間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、前記負荷の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子とを備え、このセンシング端子におけるセンシング電圧を監視することにより、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、前記センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させるインピーダンス可変回路を備え、前記制御部は、前記インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、前記センシング線の前記センシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、前記センシング電圧の変動値から、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えた構成としている。

この場合の前記制御部は、監視した前記センシング電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望のセンシング電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。

また本発明は、上記第１の目的を達成するために、インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、前記出力コンデンサの両端に接続された出力端子から出力される前記出力電圧を監視して、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、前記制御部は、起動時に、前記出力電圧と前記負荷の両端間に発生する負荷端電圧とを監視し、前記出力電圧が立ち上がるときの所定期間における前記出力端子と前記負荷との間の負荷線電流の変動値と、前記所定期間中の前記出力電圧および前記負荷端電圧の各平均値とにより、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えた構成としている。

この場合の前記制御部は、監視した前記出力電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望の出力電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。

請求項１の発明によれば、インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、インダクタンス推定器が、センシング電圧の変動値から、負荷の端部とセンシング端子との間に存在するインダクタのインダクタンス値、ひいては出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定することができる。そのため、ユーザ側で出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を変動させた場合であっても、制御部に備えたインダクタンス推定器がセンシング電圧を監視することで、これを正しく把握することが可能になる。

請求項２の発明によれば、推定したインダクタのインダクタンス値に応じて、操作量算出部に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量を受けて、駆動信号生成部が最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。

請求項３の発明によれば、例えば出力電圧の立上がり時を利用して、出力電圧と負荷端電圧を監視するインダクタンス推定器が、所定期間における負荷線電流の変動値と、所定期間中の出力電圧および負荷端電圧の各値から、出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定することができる。そのため、センシング端子を備えていない電源装置において、ユーザ側で出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を変動させた場合であっても、制御部に備えたインダクタンス推定器がセンシング電圧を監視することで、これを正しく把握することが可能になる。

請求項４の発明によれば、推定したインダクタのインダクタンス値に応じて、操作量算出部に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量を受けて、駆動信号生成部が最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。

以下、本発明における電源装置の好ましい一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

同図において、１は電源装置の入力端子２Ａ，２Ｂ間に直流入力電圧Ｖｉを供給する直流電源、３はこの入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏに変換して、これを出力端子４Ａ，４Ｂ間から負荷５に供給する電源部である。なお、ここでの負荷５は、一定の負荷電流Ｉｏを発生する電流源として等価的に示されている。

電源部３は、入力電圧Ｖｉよりも低い出力電圧Ｖｏを負荷５に供給する非絶縁の降圧型コンバータとして、整流および転流用の各スイッチング素子１１，１２と、これらの各スイッチング素子１１，１２のスイッチングにより生じる電流を平均化する出力平滑回路としてのチョークコイル１３および出力コンデンサ１４と、を備えている。そして、各スイッチング素子１１，１２には後述するＰＷＭ信号発生器２４からのパルス駆動信号が交互に与えられ、整流用スイッチング素子１１がオン，転流用スイッチング素子１２がオフしている時には、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの差電圧がチョークコイル１３に印加され、直流電源１から整流用スイッチング素子１１を通してチョークコイル１３や負荷５に電力が供給されると共に、整流用スイッチング素子１１がオフ，転流用スイッチング素子１２がオンしている時には、チョークコイル１３の両端間電圧が出力電圧Ｖｏと等しくなり、それまでチョークコイル１３に蓄えられていたエネルギーが、出力コンデンサ１４および負荷５に送り出される。こうして、各スイッチング素子１１，１２のスイッチングにより、インダクタであるチョークコイル１３に入力電圧Ｖｉが断続的に供給され、当該チョークコイル１３がエネルギーの蓄積と放出を繰り返すと共に、チョークコイル１３に流れるインダクタ電流ｉＬが出力コンデンサ１４で平滑され、この出力コンデンサ１４の両端間に接続した負荷５に、出力電圧Ｖｏが供給されるようになっている。

電源装置には、出力端子４Ａ，４Ｂから負荷５の両端間に至る負荷線１５の電圧降下を考慮して、負荷５の両端間（負荷端）の電圧を検知可能にするセンシング端子１６が設けられる。これにより、電圧の検出点である負荷５の端部とセンシング端子１６との間にはセンシング線１７が接続される。図１では、出力端子４Ａ，４Ｂと負荷５との間にインダクタ１８とコンデンサ１９とによるローパスフィルタ２０が挿入接続される。このローパスフィルタ２０は、負荷５にノイズ成分が侵入するのを防止するために、ユーザが必要に応じて付加するもので、出力電圧Ｖｏの直流成分はそのままローパスフィルタ２０を通過するものの、出力電圧Ｖｏに含まれる高周波ノイズ成分は遮断される。

また、ここではセンシング線１７そのもののインダクタンス成分をインダクタ２１として記している。前述したローパスフィルタ２０を設けない構成では、負荷線１５のインダクタンス値Ｌ_Ｌは、センシング線１７そのもののインダクタンス値Ｌ_ｓと近似するものと考えられる（Ｌ_Ｌ≒Ｌ_ｓ）。一方、ローパスフィルタ２０を設けた場合には、このローパスフィルタ２０を構成するインダクタ１８（インダクタンス値Ｌ_Ｌ）に近似するインダクタンス値Ｌ_ｓのインダクタ２１をセンシング線１７に挿入接続する。さもなければ、インダクタ２１の代わりに、他の位相遅れ素子として所定の抵抗を挿入接続してもよい。

２４は、センシング線１７のセンシング端子１６側端部におけるインピーダンスを可変するインピーダンス可変回路である。このインピーダンス可変回路２４は、コンデンサ２５とＦＥＴなどのスイッチ素子２６との直列回路からなり、その一端はセンシング端子１６に接続されると共に、他端は例えばグランドなどの固定電位に接続される。これにより、スイッチ素子２６がオンしたときに、センシング端子１６とグランドとの間にインピーダンス可変素子であるコンデンサ２５が接続され、センシング線１７のセンシング端子１６側端部のインピーダンスが可変するようになっている。

３１は、電源部３の動作を制御する制御部としてのディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）である。このＤＳＰ３１は、Ａ／Ｄ変換器３２と、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御器３３と、ＰＷＭ信号発生器３４と、インダクタンス推定器３５と、キャリア波生成手段３６とを内蔵している。Ａ／Ｄ変換器３２は、アナログ信号である入力端子４Ａ，４Ｂ間に発生する出力電圧Ｖｏの他に、センシング端子１６におけるセンシング電圧Ｖｓを、ＤＳＰ３１の内部で処理可能なディジタル信号に変換するものである。ＰＷＭ制御器３３は、センシング電圧Ｖｓまたは出力電圧Ｖｏに応じたＡ／Ｄ変換器３２からのディジタル検出信号と、図示しない基準電源で生成された基準電圧Ｖrefとを入力として、内蔵する一乃至複数の制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタ（図示せず）により、電源部３が所望のセンシング電圧Ｖｓまたは出力電圧Ｖｏを生成するための操作量ｕを算出する操作量算出部としての機能を備えている。駆動信号生成部としてのＰＷＭ信号発生器３４は、前記ＰＷＭ制御器３３で算出された操作量ｕと、キャリア波生成手段３６で生成される固定周期の鋸波との比較により、操作量ｕに応じたパルス導通幅の駆動信号をそれぞれ生成して、これをスイッチング素子１１，１２のゲートに供給するものである。

インダクタンス推定器３５は、所定のタイミングでスイッチ素子２６をオンにする制御パルス信号Ｓ_Ｓを当該スイッチ素子２６に送出し、Ａ／Ｄ変換器３２で得られたセンシング電圧Ｖｓのディジタル検出信号から、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出中において、所定期間ΔＴ中のセンシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓを決定することで、負荷５の端部とセンシング端子１６との間に存在するインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓ、ひいては出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを推定するものである。なお、ここでいうセンシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓは、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出開始のタイミングから所定期間ΔＴ後におけるセンシング電圧Ｖｓの電圧値、若しくは制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出中におけるセンシング電圧Ｖｓの傾きから、インダクタンス推定器３５により算出することができる。この場合のインダクタンス推定器３５は、センシング電圧Ｖｓの電圧レベルを監視する機能を必要とする。

また別な変形例として、インダクタンス推定器３５は、負荷５の両端間電圧（負荷端電圧）Ｖ_Ｌおよび出力電圧Ｖｏの各値と、負荷線１５を流れる電流（負荷線電流）Ｉ_ＬＬの各値より、負荷５の端部とセンシング端子１６との間に存在するインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓとを推定し、さらにはコンデンサ１９の容量Ｃ_Ｌをも推定する構成であってもよい。この場合は、前記インピーダンス可変回路２４を設ける必要はなく、またインダクタンス推定値３５も、前記制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出部を必要としない。ここでのインダクタンス推定値３５は、出力電圧Ｖｏが立ち上がるタイミングで、インダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓやコンデンサ１９の容量Ｃ_Ｌを推定する。

この変形例では、負荷線電流Ｉ_ＬＬを直接監視する代わりに、入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏの各電圧レベルを監視し、所定期間ΔＴ中における駆動信号のデューティの平均値から、インダクタンス推定器３５が負荷線電流Ｉ_ＬＬを推定する構成であってもよい。但しこの場合は、インダクタンス推定器３５に、出力コンデンサ１４の容量Ｃ_ｆを記憶させておく必要がある。駆動信号のデューティは、ＰＷＭ制御器３３で算出された操作量ｕと、キャリア波生成手段３６から発生する鋸波の振幅の各情報をインダクタンス推定器３５が取り込めば、容易に導くことができる。

そして上記何れの例でも、インダクタンス推定器３５が出力コンデンサ１４の容量を推定すると、この推定した結果に基づき、制御系の定数としてＰＷＭ制御器３３に記憶された制御パラメータの値を書き替えるかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変することで、出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８の変動に対応して制御系を最適化できるようになっている。

なお、電源部３の変形例として、図１では非絶縁の降圧型コンバータの回路構成を示しているが、他の非絶縁または絶縁型のコンバータを採用してもよい。例えば絶縁型のコンバータとして、フォワード型，プッシュ・プル型，ハーフブリッジ型，フルブリッジ型など、各種回路構成の電源部３を代わりに用いることが可能である。

次に、上記構成における作用を説明する。先ず、定常時における電源部３の動作を説明すると、各スイッチング素子１１，１２には後述するＰＷＭ信号発生器３４からのパルス駆動信号が交互に与えられ、整流用スイッチング素子１１がオン，転流用スイッチング素子１２がオフしている時には、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの差電圧がチョークコイル１３に印加され、直流電源１から整流用スイッチング素子１１を通してチョークコイル１３や負荷５に電力が供給されると共に、整流用スイッチング素子１１がオフ，転流用スイッチング素子１２がオンしている時には、チョークコイル１３の両端間電圧が出力電圧Ｖｏと等しくなり、それまでチョークコイル１３に蓄えられていたエネルギーが、出力コンデンサ１４および負荷５に送り出される。

一方、電源装置の起動時における動作を説明すると、電源装置を起動させるために、入力端子２Ａ，２Ｂ間に直流入力電圧Ｖｉが供給され、ＤＳＰ３１としての動作が開始すると、ＰＷＭ制御器３３からＰＷＭ信号発生器３４に、出力電圧Ｖｏを徐々に上昇させるような操作量ｕが与えられる。これを受けてＰＷＭ信号発生器３４は、ＰＷＭ制御器３３からの操作量ｕの電圧レベルが、キャリア波生成手段３６で生成される鋸波の電圧レベルを越えると、整流用スイッチング素子１１がオンし、転流用スイッチング素子１２がオフするようなパルス駆動信号を生成出力し、逆に操作量ｕの電圧レベルが、キャリア波生成手段３６からの鋸波の電圧レベルを越えない場合は、整流用スイッチング素子１１がオフし、転流用スイッチング素子１２がオンするようなパルス駆動信号を生成出力する。これにより、チョークコイル１３を通して出力コンデンサ１４に充電電流が流れ、チョークコイル１３に一定のインダクタ電流が流れると共に、出力コンデンサ１４の両端間電圧すなわち出力電圧Ｖｏや、負荷端電圧Ｖ_Ｌおよびセンシング電圧Ｖｓが徐々に上昇する。

やがて、センシング電圧Ｖｓが所定値に達すると、前述の定常時に移行し、センシング電圧Ｖｓに応じたＡ／Ｄ変換器３２からのディジタル検出信号と、基準電圧Ｖrefとを入力として、当該センシング電圧Ｖｓが設定電圧に一致するような操作量ｕがＰＷＭ制御器３３により算出され、これがＰＷＭ信号発生器３４に送出される。これによりＰＷＭ信号発生器３４は、前記ＰＷＭ制御器３３からの操作量ｕと、キャリア波生成手段３６で生成される鋸波との比較により、操作量ｕに応じたパルス導通幅の駆動信号をそれぞれ生成して、これをスイッチング素子１１，１２のゲートに供給し、センシング電圧Ｖｓが設定電圧に一致するようなスイッチング制御が行なわれる。

ここでユーザがローパスフィルタ２０やインダクタ２１を意図的に取付けていない場合、インダクタンス推定器３５は、出力電圧Ｖｏが一方的に上昇している起動中か、或いは定常時直後に、図２に示すように、所定のタイミングでスイッチ素子２６をオンにする制御パルス信号Ｓ_Ｓを当該スイッチ素子２６に送出し、センシング端子１６のインピーダンスを変化させる。これによりセンシング電圧Ｖｓの電圧レベルは、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出直後に０になり、そこから負荷線１７そのもののインダクタ２１に依存した傾斜で、徐々に上昇する。インダクタンス推定器３５は、Ａ／Ｄ変換器３２を通じてセンシング電圧Ｖｓのディジタル検出信号を取り込み、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出開始のタイミングから所定期間ΔＴ後におけるセンシング電圧Ｖｓの電圧値、若しくは制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出中におけるセンシング電圧Ｖｓの傾きから、所定期間ΔＴ中のセンシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓを決定し、センシング線１７そのもののインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓを推定する。そしてインダクタンス値Ｌ_Ｓが推定されれば、インダクタンス推定器３５は、この推定したインダクタンス値Ｌ_Ｓが負荷線１５そのもののインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌと近い値であると見なし、これをインダクタンス値Ｌ_Ｌとして推定する。

一方、ユーザが出力端子４Ａ，４Ｂと負荷５との間にローパスフィルタ２０を設けた場合にも、インダクタンス推定器３５によって、ローパスフィルタ２０を構成するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを正しく推定できるようにする。そのためには、インダクタ１８とほぼ同じインダクタンス値Ｌ_Ｓのインダクタ２１_Ｌを、予めセンシング線１７に挿入接続する。この場合も、インダクタンス推定器３５は、出力電圧Ｖｏが一方的に上昇している起動中か、或いは定常時直後に、図２に示すように、所定のタイミングでスイッチ素子２６をオンにする制御パルス信号Ｓ_Ｓを当該スイッチ素子２６に送出し、センシング端子１６のインピーダンスを変化させる。これによりセンシング電圧Ｖｓの電圧レベルは、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出直後に０になり、そこから負荷線１７そのもののインダクタ２１に依存した傾斜で、徐々に上昇する。インダクタンス推定器３５は、Ａ／Ｄ変換器３２を通じてセンシング電圧Ｖｓのディジタル検出信号を取り込み、制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出開始のタイミングから所定期間ΔＴ後におけるセンシング電圧Ｖｓの電圧値、若しくは制御パルス信号Ｓ_Ｓの送出中におけるセンシング電圧Ｖｓの傾きから、所定期間ΔＴ中のセンシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓを決定し、センシング線１７に挿入接続されたインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓを推定する。そしてインダクタンス値Ｌ_Ｓが推定されれば、インダクタンス推定器３５は、この推定したインダクタンス値Ｌ_Ｓがインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌと近い値であると見なし、これをインダクタンス値Ｌ_Ｌとして推定する。

なお、上記一連の動作で、スイッチ素子２６がオンしている間は、センシング電圧Ｖｓによって制御系のＤＳＰ３１が誤った操作量ｕを算出しないように、スイッチ素子２６がオンする直前のセンシング電圧Ｖｓの値を用いて、ＰＷＭ制御器３３が操作量ｕを算出するか、さもなければスイッチ素子２６のオン動作の影響を受けない出力電圧Ｖｏを取り込んで、この出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖrefとにより、操作量ｕを算出するのが好ましい。

別な変形例において、インダクタンス推定器３５は、出力電圧Ｖｏが一方的に上昇している所定期間ΔＴ中に、Ａ／Ｄ変換器３２を通じて負荷端電圧Ｖ_Ｌ，出力電圧Ｖｏおよびの負荷線電流Ｉ_ＬＬの各ディジタル検出信号を取り込む。そして、所定期間ΔＴの開始時点と終了時点における各負荷端電圧Ｖ_Ｌの差から求められる負荷端電圧Ｖ_Ｌの変動値ΔＶ_Ｌと、所定期間ΔＴ中に取り込んだ負荷線電流Ｉ_ＬＬの平均値Ｉ_ＬＬaveとをそれぞれ算出し、次の式によってユーザが装着したコンデンサ１９の容量Ｃ_Ｌを推定する。

また、出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌも、インダクタンス推定器３５によって次の式で推定される。

ここで、負荷線電流Ｉ_ＬＬの変動値ΔＩ_ＬＬは、所定期間ΔＴの開始時点と終了時点における各負荷線電流Ｉ_ＬＬの差から求めることができる。

また、インダクタンス推定器３５に出力コンデンサ１４の容量Ｃ_ｆが記憶されていれば、入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏの各電圧レベルと、駆動信号のデューティから、負荷線電流Ｉ_ＬＬを推定できる。

具体的には、先ず次の式によって、所定期間ΔＴ中の入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏの各電圧レベルと、駆動信号のデューティとから、チョークコイル１３を流れるインダクタ電流Ｉ_Ｌｆを算出する。

このインダクタ電流Ｉ_Ｌｆから、次の式で負荷線電流Ｉ_ＬＬを推定する。

なお、上記数４で得られる負荷線電流Ｉ_ＬＬは、所定期間ΔＴ中の平均値であり、前記数１の平均値Ｉ_ＬＬaveとしてそのまま利用することができる。また、数２の変動値ΔＩ_ＬＬは、数４で得られる負荷線電流Ｉ_ＬＬを異なる時間で２回算出し、その偏差を求めることで得られる。つまり数３の所定期間ΔＴは、数４の所定期間ΔＴよりも長い。上記数３および数４により、主電源部３に対する電圧監視だけで、負荷線電流Ｉ_ＬＬを推定することが可能になる。

こうして、インダクタンス推定器３５がインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌと、コンデンサ１９の容量Ｃ_Ｌを推定すると、この推定した結果がＰＷＭ制御器３３に送り出される。ＰＷＭ制御器３３は、インダクタンス推定器３５で推定されたインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌと、コンデンサ１９の容量Ｃ_Ｌとに応じて、制御パラメータを最適な値に書き替えるかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変し、以後定常時には、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタによって、出力電圧Ｖｏが安定化する操作量ｕを算出する。

以上のように本実施例では、チョークコイル１３および出力コンデンサ１４からなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子１１，１２のスイッチングにより、チョークコイル１３に入力電圧Ｖｉを断続的に供給すると共に、チョークコイル１３に流れるインダクタ電流Ｉ_Ｌｆを出力コンデンサ１４で平滑して、この出力コンデンサ１４の両端に接続する出力端子４Ａ，４Ｂ間に接続可能な負荷５に、出力電圧Ｖｏを供給する電源部３と、負荷５の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子１６とを備え、このセンシング端子１６におけるセンシング電圧Ｖｓを監視することにより、スイッチング素子１１，１２に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部３を制御する制御部としてのＤＳＰ３１を備えた電源装置において、センシング端子１６にインピーダンス可変回路２４を接続すると共に、前記ＤＳＰ３１は、インピーダンス可変回路２４に制御パルス信号Ｓ_Ｓを出力して、センシング線１７のセンシング端子１６側におけるインピーダンスを可変させたときに、センシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓから、出力端子４Ａ，４Ｂと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを推定するインダクタンス推定器３５を備えている。

こうすると、インピーダンス可変回路２４に制御パルス信号Ｓ_Ｓを出力して、センシング線１７のセンシング端子１６側におけるインピーダンスを可変させたときに、インダクタンス推定器３５が、センシング電圧Ｖｓの変動値ΔＶ_Ｓから、負荷５の端部とセンシング端子１６との間に存在するインダクタ２１のインダクタンス値Ｌ_Ｓ、ひいては出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを推定することができる。そのため、ユーザ側で出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを変動させた場合であっても、ＤＳＰ３１に備えたインダクタンス推定器３５がセンシング電圧Ｖｓを監視することで、これを正しく把握することが可能になる。

また別な例として、センシング端子１６を有しない電源装置では、チョークコイル１３および出力コンデンサ１４からなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子１１，１２のスイッチングにより、チョークコイル１３に入力電圧Ｖｉを断続的に供給すると共に、チョークコイル１３に流れるインダクタ電流Ｉ_Lfを出力コンデンサ１４で平滑して、この出力コンデンサ１４の両端に接続する出力端子４Ａ，４Ｂ間に接続可能な負荷５に、出力電圧Ｖｏを供給する電源部３を備え、この出力端子４Ａ，４Ｂ間における出力電圧Ｖｏを監視することにより、スイッチング素子１１，１２に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部３を制御する制御部としてのＤＳＰ３１を備えた構成を採用している。この場合のＤＳＰ３１は、起動時に、少なくとも出力電圧Ｖｏおよび負荷５の両端間に発生する負荷端電圧Ｖ_Lと、場合によっては出力端子４Ａ，４Ｂと負荷５との間の負荷線電流Ｉ_LLを監視し、前記出力電圧Ｖｏが立ち上がるときの所定期間ΔＴにおける負荷線電流Ｉ_LLの変動値ΔＩ_LLと、前記所定期間ΔＴ中における出力電圧Ｖｏおよび負荷端電圧Ｖ_Lの各平均値とにより、上記数２〜数４の各式を利用して、インダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Lを推定するインダクタンス推定器３５を備えていることが好ましい。

こうすると、例えば出力電圧Ｖｏの立上がり時を利用して、出力電圧Ｖｏと負荷端電圧Ｖ_Ｌを監視するインダクタンス推定器３５が、所定期間ΔＴにおける負荷線電流Ｉ_ＬＬの変動値ΔＩ_ＬＬと、所定期間ΔＴ中の出力電圧Ｖｏおよび負荷端電圧Ｖ_Ｌの各値から、インダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを推定することができる。そのため、センシング端子１６を備えていない電源装置において、ユーザ側で出力端子４Ａと負荷５との間に存在するインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌを変動させた場合であっても、ＤＳＰ３１に備えたインダクタンス推定器３５がセンシング電圧Ｖｓを監視することで、これを正しく把握することが可能になる。

なお、上記何れの場合も、ＤＳＰ３１は、監視したセンシング電圧Ｖｓまたは出力電圧Ｖｏの検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、電源部３が所望のセンシング電圧Ｖｓまたは出力電圧Ｖｏを生成するための操作量ｕを算出する操作量算出部としてのＰＷＭ制御器３３と、操作量ｕに応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、スイッチング素子１１，１２に供給する駆動信号生成部としてのＰＷＭ信号発生器３４を備え、推定したインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌに応じて、制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。

こうすると、推定したインダクタ１８のインダクタンス値Ｌ_Ｌに応じて、ＰＷＭ制御器３３に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量ｕを受けて、ＰＷＭ信号発生器３４が最適な応答特性でスイッチング素子１１，１２に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。図１に示す電源装置の回路構成はあくまでも一例に過ぎず、同等の機能を実現する別な回路構成を採用してもよいことは勿論である。例えば、ＤＳＰ３１に代わって、アナログ信号をそのまま演算処理する制御部を用いてもよい。

本発明の一実施形態における電源装置の回路構成図である。同上、負荷端電圧Ｖ_Ｌと、センシング電圧Ｖｓと、制御パルス信号Ｓ_Ｓの各動作波形図である。

符号の説明

３電源部
１１，１２スイッチング素子
１３チョークコイル（インダクタ）
１４出力コンデンサ
３１制御部（ＤＳＰ）
３３ＰＷＭ制御器（操作量算出部）
３４ＰＷＭ信号発生器（駆動信号生成部）
３５インダクタンス推定器

Claims

インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端に接続する出力端子間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、
前記負荷の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子とを備え、このセンシング端子におけるセンシング電圧を監視することにより、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、
前記センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させるインピーダンス可変回路を備え、
前記制御部は、前記インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、前記センシング線の前記センシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、前記センシング電圧の変動値から、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えたことを特徴とする電源装置。
前記制御部は、監視した前記センシング電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望のセンシング電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、
前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、
前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、
前記出力コンデンサの両端に接続された出力端子から出力される前記出力電圧を監視して、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、
前記制御部は、起動時に、前記出力電圧と前記負荷の両端間に発生する負荷端電圧とを監視し、前記出力電圧が立ち上がるときの所定期間における前記出力端子と前記負荷との間の負荷線電流の変動値と、前記所定期間中の前記出力電圧および前記負荷端電圧の各平均値とにより、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えたことを特徴とする電源装置。
前記制御部は、監視した前記出力電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望の出力電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、
前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、
前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成としたことを特徴とする請求項３記載の電源装置。