JP5920005B2 - デジタル制御電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、出力電圧を適切に可変させることを可能とするデジタル制御電源装置に関する。

従来のデジタル制御電源装置においては、出力電圧の安定化のため、出力コンデンサの容量をある程度大きくする必要がある。しかしながら、出力電圧を変化させる場合、出力コンデンサの容量に比例して出力インダクタに流れる電流が大きくなり、出力電圧の可変幅によっては、出力インダクタが飽和するレベルの電流が流れることがある。このように、出力電圧の安定化と素早い出力電圧の変化とを同じ電源装置で両立させることはトレードオフの関係にある。そこで、出力電圧を変化させない場合には、出力電圧に基づいたフィードバック制御を行い、出力電圧を変化させる場合には、予めスイッチングのオン期間、オフ期間を記録しておいた制御テーブルのデータに基づいたフィードフォワード制御に切り替えて、出力電圧を変更する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１１６８０４号公報（第６、７、１０頁、第１、７図）

特許文献１のような従来のデジタル制御電源装置では、出力電圧を変化させる場合に、フィードバック電圧を無視したフィードフォワード制御を行うため、出力電圧の可変時に外乱等が電源装置に混入し、誤動作を引き起こす可能性があるという問題点があった。また、出力電圧の可変幅を大きくすると必要な制御テーブルのデータ量が膨大になるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、出力電圧を大きく変化させる場合においても出力インダクタ電流を飽和させることなく、最短時間で出力電圧を可変させることができ、出力電圧の可変途中に外乱ノイズが混入した場合でも、誤動作を引き起こすことがないデジタル制御電源装置を得るものである。

この発明に係るデジタル制御電源装置は、出力インダクタを有するＤＣＤＣコンバータと、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調のパルス信号のデューティを決定し、パルス幅変調によって出力電圧を制御する電源制御部とを備え、電源制御部は、出力電圧の変化によって出力インダクタに流れる電流が飽和しない出力電圧の変化量の最大値を最大指令値変化量として予め設定し、出力電圧を変化させる場合、出力電圧の取込み周期ごとに最大指令値変化量以下でＤＣＤＣコンバータへの電圧指令値を段階的に変化させるものである。

この発明に係るデジタル制御電源装置は、出力電圧の変化によって出力インダクタに流れる電流が飽和しない出力電圧の変化量の最大値を最大指令値変化量として予め設定し、出力電圧を変化させる場合、出力電圧の取込み周期ごとに最大指令値変化量以下でＤＣＤＣコンバータへの電圧指令値を段階的に変化させるので、出力電圧の可変の指示があった場合でも、出力インダクタ電流を飽和させることなく、最短時間で出力電圧を目標電圧に変化させることができる。

この発明の実施の形態１におけるデジタル制御電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態１における電源制御部で実行されるデジタル制御の制御フローである。 この発明の実施の形態１における電源制御部で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御の詳細フローである。 この発明の実施の形態１における電源制御部で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御した場合の目標電圧の時間変化のイメージ図である。 この発明の実施の形態２におけるデジタル制御電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における電源制御部で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御の詳細フローである。 この発明の実施の形態２における電源制御部で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御した場合の目標電圧の時間変化のイメージ図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるデジタル制御電源装置の構成図である。図１において、デジタル制御電源装置は、電源主回路部１、電源制御部２、および目標電圧指令部３によって構成されている。

電源主回路部１は、出力インダクタ１１、出力コンデンサ１２、およびＦＥＴ（Field effect transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子１３、１４を有するＤＣＤＣコンバータである。スイッチング素子１３、１４は、電源制御部２から出力されるＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）のパルス信号（ＰＷＭ信号）で制御されてオンオフする。ここで、図１では非絶縁の降圧チョッパの回路を想定して示しているが、降圧チョッパに限らず、ＰＷＭのパルス信号で制御されるスイッチング素子、出力インダクタ、および出力コンデンサで平滑される非絶縁の昇圧チョッパや、トランスを使用した絶縁型のＤＣＤＣコンバータでもよい。目標電圧指令部３は、上位システムからの指令を受け、電源制御部２に目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを出力する。

電源制御部２は、電源主回路部１で検出した電源主回路部１の出力電圧Ｖｏをフィードバックし、目標電圧指令部３から入力される目標電圧ＶｔａｒｇｅｔをＡＤ（Analog/Digital）変換し、出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔとの誤差からＰＷＭの制御量演算処理を行い、ＰＷＭのパルス信号のデューティを決定し、パルス幅変調によって出力電圧Ｖｏのデジタル制御を行う。

図２は、電源制御部２で実行されるデジタル制御の制御フローである。図２を用いて制御の流れを説明する。まず、電源主回路部１の出力電圧Ｖｏと目標電圧指令部３から入力される目標電圧ＶｔａｒｇｅｔとをＡＤ変換によってデジタル値に変換する（Ｓ１）。次に、Ｓ１で得られた目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを用いてｄｖ／ｄｔ一定制御を行い、出力電圧Ｖｏの電圧指令値Ｖｓｅｔを求める（Ｓ２）。このｄｖ／ｄｔ一定制御の詳しい制御法については、後ほど図３を用いて説明する。

Ｓ２で得られた電圧指令値Ｖｓｅｔと出力電圧Ｖｏとを比較し、ＰＩＤ制御などを用いて出力電圧Ｖｏを調整するためのＰＷＭの制御量（ＰＷＭ制御量）を算出する、通常制御を行う（Ｓ３）。Ｓ３で求めたＰＷＭ制御量を用いて、電源主回路部１に出力するＰＷＭのパルス信号を生成する（Ｓ４）。Ｓ４で生成したＰＷＭのパルス信号を電源主回路部１のスイッチング素子１３、１４に出力する（Ｓ５）。このような制御を出力電圧Ｖｏの取込み周期である電源制御周期毎に繰り返し、出力電圧Ｖｏを安定化させる。

次に、本発明の特徴である図２のＳ２で行う電圧指令値のｄｖ／ｄｔ一定制御の制御フローについて説明する。図３は、電源制御部２で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御の詳細フローである。また、図４は、ｄｖ／ｄｔ一定制御した場合の目標電圧の時間変化のイメージ図である。予め、出力電圧Ｖｏの変化によって出力インダクタ１１に流れるインダクタ電流ｉＬが飽和しない、単位時間あたりの出力電圧Ｖｏの変化量の最大値である最大指令値変化量ΔＶｍａｘを電源制御部２の内部に記憶しておく。ここで、単位時間とは、出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期に相当する。最大指令値変化量ΔＶｍａｘの決め方については後ほど説明する。

まず、電源主回路部１への現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに対する目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが昇圧させる方向（以下、昇圧モードと称す）であるか、降圧させる方向（以下、降圧モードと称す）であるかを判断する（Ｓ６）。

昇圧モードの場合（目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが現在の電圧指令値Ｖｓｅｔ以上の場合）には、出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期で変化させることのできる最大指令値変化量ΔＶｍａｘを変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに加算し、加算値ｘとする（Ｓ７）。加算値ｘは、インダクタ電流ｉＬが飽和しない範囲内の最大指令値である。そして、加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいかどうかを判断する（Ｓ８）。加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい場合には、電圧指令値Ｖｓｅｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔにはまだ達していないため、次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして加算値ｘを反映させる（Ｓ９）。加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔ以上の場合には、変化量ａを加算させたことによって、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを上回ったと判断できるため、次の周期には電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映させる（Ｓ１０）。

降圧モードの場合（目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが現在の電圧指令値Ｖｓｅｔより小さい場合）には、出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期で変化させることのできる最大指令値変化量ΔＶｍａｘを変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔから減算し、減算値ｙとする（Ｓ１１）。減算値ｙは、インダクタ電流ｉＬが飽和しない範囲内の最小指令値である。そして、減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも大きいかどうかを判断する（Ｓ１２）。減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも大きい場合には、電圧指令値Ｖｓｅｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔにはまだ達していないため、次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして減算値ｙを反映させる（Ｓ１３）。減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔ以下の場合には、変化量ａを減算させたことによって、目標電圧ｖｔａｒｇｅｔを下回ったと判断できるため、次の周期には電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映させる（Ｓ１４）。

最後に、次の周期で計算させるための電圧指令値ｖｓｅｔ＿ｎｅｗを電圧指令値Ｖｓｅｔに代入する（Ｓ１５）。このような制御を行うことによって、出力電圧Ｖｏを変化させる場合、出力電圧Ｖｏの電源制御周期ごとに変化量ａ以下、つまり最大指令値変化量ΔＶｍａｘ以下で出力電圧の電圧指令値Ｖｓｅｔを段階的に変化させる。変更指令によって出力電圧Ｖｏを変化させる場合の目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔの時間変化は図４のようになる。

次に、最大指令値変化量ΔＶｍａｘの決め方について説明する。目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを変化させる場合、出力コンデンサ１２の容量Ｃ、出力電圧の変化量ΔＶ、電圧変化にかかる時間Δｔとすると、Ｑ＝ＣＶとＱ＝Ｉｔとの関係から式１で求められる電流ΔＩが回路に流れることになる。
ΔＩ＝Ｃ×ΔＶ／Δｔ ・・・（式１）

ここで、出力インダクタ１１には定格電流が規定されている。この規定されている定格電流からディレーティング（定格値以下で動作させること）を考慮した電流値ΔＩ１を決定する。また、出力コンデンサ１２の容量Ｃは出力電圧Ｖｏの平滑レベルやパルス負荷を伴う電源の場合はそのパルス負荷レベルによって決定される。電圧変化にかかる時間Δｔ１を電源制御周期とすると、電源制御周期で電圧を可変したときに出力インダクタ１１を飽和させずに出力電圧Ｖｏを変化量の最大値ΔＶ１を最大指令値変化量ΔＶｍａｘとすればよい。このため、最大指令値変化量ΔＶｍａｘを、式２によって求めることができる。
ΔＶｍａｘ＝ΔＶ１＝ΔＩ１×Δｔ１／Ｃ ・・・（式２）

以上のように、出力電圧Ｖｏの変化によって出力インダクタ１１に流れるインダクタ電流ｉＬが飽和しない範囲内における単位時間あたりの出力電圧Ｖｏの変化量の最大値である最大指令値変化量ΔＶｍａｘを予め記憶しておき、最大指令値変化量ΔＶｍａｘとしての変化量ａで電圧指令値Ｖｓｅｔを段階的に変化させていくことによって、上位システムから出力電圧を変化させる指示があった場合でも、インダクタ電流ｉＬを飽和させることなく、最短時間で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに変化させることができる。また、電圧指令値Ｖｓｅｔと出力電圧ＶｏとからＰＷＭ制御量を算出しているので、出力電圧の可変途中に外乱ノイズが混入した場合でも、誤動作を引き起こすことがない。

なお、本実施の形態１では、単位時間あたりの最大指令値変化量ΔＶｍａｘによって目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを段階的に切り替えていくこととしたが、電源主回路部１の出力電圧の変化によって出力インダクタ１１に流れる電流が飽和しない電源主回路部１のフィードバックゲインを予め設定し、出力電圧を変化させる場合、出力電圧の取込み周期ごとにフィードバックゲインを段階的に変化させていくことでも本実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２におけるデジタル制御電源装置の構成図である。出力インダクタ１１のインダクタ電流ｉＬをフィードバックする点が実施の形態１と異なる。図５において、出力コンデンサ１２との接続点側に出力インダクタ１１に流れるインダクタ電流ｉＬを検出するための電流センサ１５が設けられている。電源制御部２で実行されるデジタル制御の制御フローは図２に示した制御フローと同様であり、ｄｖ／ｄｔ一定制御に特徴をもたせたものである。

実施の形態１に示した制御方法は、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに対して電圧指令値Ｖｓｅｔを段階的に変化させることによって出力インダクタ電流ｉＬを飽和させることなく、電圧指令値Ｖｓｅｔを目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに収束させる制御方法である。現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに最大指令値変化量ΔＶｍａｘである変化量ａを加算して次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗを設定する制御方法であり、次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗに対して出力電圧Ｖｏが追従して変化する場合に適した制御方法である。

しかしながら、実際には図２のＳ３のような通常制御でフィードバック制御を行っており、出力電圧Ｖｏと電圧指令値Ｖｓｅｔとの誤差を少しずつ埋めていくようにＰＷＭ制御量を調整している。このため、フィードバックゲインおよび出力電圧Ｖｏの変化量によっては後述する図７の破線で示す電圧応答特性（補正しない場合の電圧応答特性）のように出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに近づくにつれ、現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに最大指令値変化量ΔＶｍａｘとして変化量ａを加算して次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗを設定したとても、実際の出力電圧Ｖｏの変化量が小さくなることがある。この結果として、出力電圧Ｖｏの目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔへの収束が、式１から計算できる最短時間を越える目標電圧到達時間を要してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態では、最短時間で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに収束させるために、常に出力インダクタ１１の電流ｉＬを計測し、その電流値をデジタル制御部２に取込みモニタしながら、出力電圧Ｖｏを最短時間で可変させる。

本実施の形態における（実施の形態１の図２に示した）Ｓ２で行う電圧指令値のｄｖ／ｄｔ一定制御の制御フローについて説明する。図６は、電源制御部で実行されるｄｖ／ｄｔ一定制御の詳細フローである。また、図７は、ｄｖ／ｄｔ一定制御した場合の目標電圧の時間変化のイメージ図である。図７において、●は本実施の形態における補正ありの場合の指令値Ｖｓｅｔを表し、○は補正ありの場合の出力電圧Ｖｏを表している。実施の形態１と同様に、出力電圧Ｖｏの変化によって出力インダクタ１１に流れるインダクタ電流ｉＬが飽和しない、単位時間（出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期）あたりの出力電圧Ｖｏの変化量の最大値である最大指令値変化量ΔＶｍａｘを予め電源制御部２の内部に記憶しておく。

まず、現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに対する目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが昇圧させる方向（昇圧モード）であるか、降圧させる方向（降圧モード）であるかを判断する（Ｓ１６）。

昇圧モードの場合（目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが現在の電圧指令値Ｖｓｅｔ以上の場合）には、出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期で変化させることのできる最大指令値変化量ΔＶｍａｘを変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに加算し、加算値ｘとする（Ｓ１７）。そして、加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいかどうかを判断する（Ｓ１８）。加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔ以上の場合には、変化量ａを加算させたことによって、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを上回ったと判断し、次の周期には電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとしてこの目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映させる（Ｓ１９）。

加算値ｘが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔより小さい場合には、電圧指令値Ｖｓｅｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔにはまだ達していない。ここで、短時間で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに収束させるために、分岐フローＳ２０を設ける。Ｓ２０では、フィードバックされる出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が、所定値ｔより離れていないかを確認することによって、出力電圧Ｖｏの追従性を確認する。出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が所定値ｔより離れていない場合には、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていると判断し、次の電圧指令値ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして加算値ｘを反映させる（Ｓ２３）。この状態は実施の形態１と同様の動作となる。

一方、出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が所定値ｔより離れている場合には、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていないと判断する。出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていない状態では、最大指令値変化量ΔＶｍａｘと同じ値を変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに加算しても、実際には最大指令値変化量ΔＶｍａｘ相当の電圧が出力電圧Ｖｏに加算されていないことを意味している。そこで、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｓｅｔに追従させるために、加算値ｘにさらに補正のための補正値ｂを加算する。このような追従できていない状態では、補正値ｂを後述のように設定すれば、変化量ａと補正値ｂとを合せて現在の電圧指令値Ｖｓｅｔに加算しても、実際の電圧変化量が最大指令値変化量ΔＶｍａｘを上回ることはない。この加算後の値ｘ＋ｂが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを超えていないかチェックを行う（Ｓ２１）。加算後の値ｘ＋ｂが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを超えている場合には、次の電圧指令値ｖｓｅｔ＿ｎｅｗに目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映し（Ｓ１９）、超えていない場合には、次の電圧指令値ｖｓｅｔ＿ｎｅｗに加算値ｘ＋ｂを反映させる（Ｓ２２）。

降圧モードの場合（目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔが現在の電圧指令値Ｖｓｅｔより小さい場合）には、出力電圧Ｖｏの電源制御周期（取込み周期）の１周期で変化させることのできる最大指令値変化量ΔＶｍａｘを変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔから減算し、減算値ｙとする（Ｓ２４）。そして、減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも大きいかどうかを判断する（Ｓ２５）。減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔ以下の場合には、変化量ａを減算させたことによって、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを下回ったと判断し、次の周期には次の周期の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとしてこの目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映させる（Ｓ２６）。

減算値ｙが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔより大きい場合には、電圧指令値Ｖｓｅｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔにはまだ達していない。ここで、短時間で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに収束させるために、分岐フローＳ２７を設ける。Ｓ２７では、フィードバックされる出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が、所定値ｔより離れていないかを確認することによって、出力電圧Ｖｏの追従性を確認する。出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が所定値ｔより離れていない場合には、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていると判断し、次の電圧指令値ｖｓｅｔ＿ｎｅｗとして減算値ｙを反映させる（Ｓ３０）。この状態は実施の形態１と同様の動作となる。

一方、出力電圧Ｖｏと一つ前の電源制御周期の電圧指令値Ｖｓｅｔとの差分が所定値ｔより離れている場合には、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていないと判断する。出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｓｅｔに追従できていない状態では、最大指令値変化量ΔＶｍａｘと同じ値を変化量ａとして現在の電圧指令値Ｖｓｅｔから減算しても、実際には最大指令値変化量ΔＶｍａｘ相当の電圧が出力電圧Ｖｏから減算されていないことを意味している。そこで、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｓｅｔに追従させるために、減算値ｙにさらに補正のための補正値ｂを減算する。このような追従できていない状態では、補正値ｂを後述のように設定すれば、変化量ａと補正値ｂとを合せて現在の電圧指令値Ｖｓｅｔから減算しても、実際の電圧変化量が最大指令値変化量ΔＶｍａｘを上回ることはない。この減算した値ｙ−ｂが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを超えていないかチェックを行う（Ｓ２８）。減算した値ｙ−ｂが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを超えている場合には、次の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿ｎｅｗに目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔを反映し（Ｓ２６）、超えていない場合には、次の電圧指令値Ｖｓｅｔ＿Ｎｅｗに減算値ｙ−ｂを反映させる（S２９）。

なお、昇圧モード、降圧モードの両方で使用した補正値ｂは、変化量ａより小さい値であり、変化量ａと補正値ｂとを合せた値で電圧が変化することを前提として、出力インダクタ１１に流れる電流ｉＬを検出し、その電流レベルが出力インダクタ１１の定格電流からディレーティングを考慮した電流値ΔＩを超えない範囲で設定する。

以上のように、本実施の形態２では、フィードバック制御による通常制御の特性として出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに近づいた際に、フィードバックゲインおよび電圧可変幅によっては出力電圧Ｖｏの変化量が小さくなり、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔへの収束時間が理論計算値よりも長くなってしまう場合に対応したものであり、出力電圧Ｖｏの変化量が小さくなることを検出した際に、出力インダクタ１１の定格電流からディレーティングを考慮した電流値ΔＩを超えない範囲で出力インダクタ電流ｉＬを検出しながら、目標電圧レベルを補正することによって目標電圧到達時間を短くし、出力電圧Ｖｏを最短時間で目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに可変させることが可能となる。

なお、本実施の形態２では、目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔへの追従性が悪くなった場合において目標電圧レベルを補正することとしたが、電源主回路部１の出力電圧の変化によって出力インダクタ１１に流れる電流が飽和しない電源主回路部１のフィードバックゲインを予め設定し、電源主回路部１の出力電圧と取込み周期における一つ前の電源主回路部１への電圧指令値との差が所定以上になった場合、出力インダクタ１１の定格電流を超えない範囲でフィードバックゲインを補正することでも同様の効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２において、出力電圧Ｖｏを変化させる場合には、出力インダクタに流れるインダクタ電流ｉＬを飽和させずに最短時間で目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔに可変する方法について説明した。本実施の形態３では、実施の形態１や本実施の形態２で説明したデジタル制御電源装置の負荷として通信用増幅器を適用する場合について説明する。

通信用増幅器において、エンベロープトラッキングという増幅器の効率改善手法がある。エンベロープトラッキングとは、入力信号の包絡線の瞬時電力のレベルに応じて、ＦＥＴのドレイン電圧をコントロールする手法である。つまり、包絡線の瞬時電力が小さい場合にはドレイン電圧を下げ、包絡線の瞬時電力が大きい場合にはドレイン電圧を上げる。このような制御によって、電力損失を小さくし、増幅器の効率を高めることが可能となる。実施の形態１や本実施の形態２で説明したデジタル制御電源装置を増幅器の電源電圧として適用することによって、入力信号の包絡線の瞬時電力に併せて、出力電圧可変を行うことによって、増幅器の効率を上げることが可能となる。

以上のように、本実施の形態３によれば、通信用増幅器を負荷とするデジタル制御電源装置において、本実施の形態１または本実施の形態２に示したデジタル制御電源装置が有効であり、増幅器の入力信号の包絡線の瞬時電力に併せて、出力電圧可変を行うことによって、増幅器の効率を上げることが可能となる。

１ 電源主回路部、２ 電源制御部、３ 目標電圧指令部、１１ 出力インダクタ、
１２ 出力コンデンサ、１３，１４ スイッチング素子、１５ 電流センサ。

Claims (2)

1. 出力インダクタと出力コンデンサとを有するＤＣＤＣコンバータと、
   前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調のパルス信号のデューティを決定し、パルス幅変調によって前記出力電圧を制御する電源制御部とを備え、
   前記電源制御部は、所定の電源制御周期と前記出力コンデンサの容量と前記出力インダクタに流れる電流が飽和しない電流値とに基づき算出される前記出力電圧の変化量の最大値を最大指令値変化量として予め設定し、
   前記出力電圧を昇圧する場合において、前記電源制御周期ごとに、前記出力電圧と前記最大指令値変化量とを足し合わせた値が目標電圧より小さい場合は、前記ＤＣＤＣコンバータへの電圧指令値を前記足し合わせた値とし、前記足し合わせた値が目標電圧以上の場合は、前記ＤＣＤＣコンバータへの前記電圧指令値を前記目標電圧とし、
   前記出力電圧を降圧する場合において、前記電源制御周期ごとに、前記出力電圧から前記最大指令値変化量を差し引いた値が前記目標電圧より大きい場合は、前記ＤＣＤＣコンバータへの前記電圧指令値を前記差し引いた値とし、前記差し引いた値が前記目標電圧以下の場合は、前記ＤＣＤＣコンバータへの前記電圧指令値を前記目標電圧とし、
   前記ＤＣＤＣコンバータへの前記電圧指令値を段階的に変化させることを特徴とするデジタル制御電源装置。
2. 通信用増幅器を負荷とし、
   前記電源制御部は、入力信号の包絡線の瞬時電力に応じて前記出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載のデジタル制御電源装置。