JP5920853B2 - マルチフェーズｄｃ／ｄｃコンバータ及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法に関する。
１つのＤＣ入力電圧を複数相のスイッチを用いてスイッチングし、１つの負荷へ１つのＤＣ出力電圧を供給するマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や携帯端末等の電源装置として用いられる。
近年、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）（登録商標）、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）（登録商標）、ＥＤＧＥ（Enhanced Data GSM Environment）（登録商標）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）（登録商標）など複数の通信方式を搭載する携帯端末が標準となりつつある。ＧＳＭやＥＤＧＥでは、出力電力が大きいため、消費電流が大きい。
複数の通信方式に共通で電源装置を用いる場合、ＧＳＭやＥＤＧＥに対応するため、出力電流の大きいＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要がある。このため、回路を構成するトランジスタやＦＥＴ（Field-Effect Transistor）も大電流に対応できる部品が必要となり、部品サイズ、コストが増大する。
特許文献１に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータでは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続し、異なる位相でスイッチング制御することにより大電流負荷に対して電源を供給する。
しかしながら、通信機器において、送信パワーが低い場合は電力増幅器１１の消費電流は小さくなる。ＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続したまま使用していると、変換効率が悪くなるという問題がある。
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、変換効率を改善することができるマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ及びその制御方法を提供することである。
本発明の第１の態様に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧を生成する電源と、前記入力電圧を受け電力増幅器に対して所定の電圧を供給する、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記電力増幅器の送信パワー設定値と前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係を示すテーブルを記憶する記憶部と、入力される送信パワー設定値に応じて、前記記憶部を参照し、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備えるものである。
本発明によれば、電力増幅器の送信パワーに応じて複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦを制御することができるため、変換効率を改善することが可能である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータについて、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
本発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータについて、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
本発明に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータは、携帯電話や無線通信装置等の電源装置として用いられるものである。ここでは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５の２つのＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続した例について説明するが、これに限定されるものではない。
図１に示すように、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータは、電源１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５、送信電力増幅器１１、記憶部１４、制御部１５を備える。
電源１は、バッテリや直流安定化電源を有する。電源１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧２を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力される。
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５は並列に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧３を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧３は、電力増幅器１１に供給される。なお、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、降圧型、昇降圧型のいずれであってもよい。
記憶部１４は、図２に示すようなＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧３と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５のＯＮ／ＯＦＦ状態の関係をテーブルとして記憶する。
制御部１５は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作の制御をおこなう。具体的には、制御部１５は、入力される送信パワー設定信号１０に応じて、記憶部１４を参照し、第１スイッチング制御信号６、第２スイッチング制御信号７、第１出力電圧制御信号８、出力電圧制御信号９を出力する。
送信パワー設定信号１０は、電力増幅器１１の送信パワー設定値を示す信号である。第１スイッチング制御信号６、第１出力電圧制御信号８は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４に入力され、第２スイッチング制御信号７、出力電圧制御信号９は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力される。
第１スイッチング制御信号６により、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＯＮ／ＯＦＦが制御され、第２スイッチング制御信号７により第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５のＯＮ／ＯＦＦが制御される。第１出力電圧制御信号８、出力電圧制御信号９に応じて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５から出力される電圧値が制御される。電力増幅器１１には、ＲＦ入力信号１２が入力され、ＲＦ出力信号１３を出力する。
ここで、図３、４を参照して、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの動作について説明する。図３、４は、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチング制御信号を示す波形図である。
電力増幅器１１の消費電流が大きい場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧３を高くして、送信パワーを高くする必要がある。この場合、第１スイッチング制御信号６、第１出力電圧制御信号８を異なる位相とし、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５とを異なるタイミングで制御する。
図３に示す例では、第１スイッチング制御信号６が先に立ち上がり、この立下りタイミングで、第２スイッチング制御信号７が立ち上がる。従って、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４が先にＯＮとなり、これがＯＦＦするタイミングで、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５がＯＮとなる。
このように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５を異なる位相で動作させることにより、個々のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数を低くすることが可能となり、変換効率を改善することができる。
一方、電力増幅器１１の消費電流が小さい場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧３を低くして、送信パワーは低くすることができる。この場合、一方のＤＣ／ＤＣコンバータのみを動作させる。図４に示す例では、第１スイッチング制御信号６により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧２はＯＦＦとなる。
図２に示す例では、送信パワー設定値が＋４ｄＢｍ以上において、図３のように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５のいずれもが動作する。また、送信パワー設定値が０ｄＢｍ以下において、図４のように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４のみが動作し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５がＯＦＦとなる。
通信機器において、送信パワーが低い場合に電力増幅器１１の消費電流は小さくなる。複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続し、異なる位相でスイッチング制御することにより大電流負荷に対して電源を供給するマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータでは、ＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続したまま使用していると変換効率が悪くなるという問題があった。
本願発明では、記憶部１４に記憶されてテーブルに基づいて、電力増幅器１１の送信パワーに応じて、並列接続した複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を切り替える。電力増幅器１１の送信パワーが低い場合には、並列接続した複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちのいずれかをＯＦＦ状態とする。これにより、動作の最適化を図り、変換効率を改善することができる。また、低消費電力化を実現することも可能である。
なお、異なる通信方式（ＧＳＭ、ＷＣＤＭＡ、ＬＴＥなど）ごとに、図２に示すテーブルを持ち、記憶部１４に記憶するようにしてもよい。これにより、さらに動作の最適化を図ることが可能となる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。本実施の形態では、図５に示すテーブルに基づいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を制御する。図５は、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの送信パワー減少時、送信パワー増加時における送信パワー設定値と各ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態の関係の一例を示す表である。
本発明の実施の形態２に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。本実施の形態では、図５に示すテーブルに基づいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を制御する。図５は、本実施の形態に係るマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの送信パワー減少時、送信パワー増加時における送信パワー設定値と各ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態の関係の一例を示す表である。
なお、マルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの構成については、図１に示したものと同一の構成のものを用いることができるため、説明を省略する。
図５に示すように、本実施の形態では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御を、電力増幅器１１の送信パワー増加時と送信パワー減少時とで異ならせている。すなわち、記憶部１４に記憶されているテーブルは、電力増幅器１１送信パワー設定値の増加時／減少時に応じて、送信パワー設定値と複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係が異なる。
送信パワー増加時では、実施の形態１と同様に、送信パワー設定値が＋４ｄＢｍ以上において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５のいずれもが動作する。また、送信パワー設定値が０ｄＢｍ以下において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４のみが動作し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５がＯＦＦとなる。
送信パワー減少時では、送信パワー設定値が０ｄＢｍ以上において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５のいずれもが動作する。また、送信パワー設定値が０ｄＢｍより小さくなると、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４のみが動作し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５がＯＦＦとなる。
このように、本実施の形態では、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５がＯＮ／ＯＦＦする送信パワー設定値を送信パワー増加時と減少時とで異ならせ、切り替えにヒステリシスを持たせている。これにより、さらに動作の最適化を図ることが可能となり、変換効率を向上させることが可能となる。
なお、実施の形態１と同様に、異なる通信方式（ＧＳＭ、ＷＣＤＭＡ、ＬＴＥなど）ごとに、図５に示すテーブルを持ち、記憶部１４に記憶するようにしてもよい。また、異なる送信周波数帯（例えば、ＷＣＤＭＡ方式の１９２０〜１９８０ＭＨｚ帯、８２４〜８４９ＭＨｚ帯など）ごとに図５に示すテーブルを持ち、記憶部１４に記憶することも可能である。これにより、さらに動作の最適化を図ることが可能となる。
実施例の形態１では、電力増幅器が一つの例で記載しているが、異なる通信方式や、異なる送信周波数帯毎に電力増幅器を複数持つ構成にしてもよい。本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ 電源
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧
４ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 第１スイッチング制御信号
７ 第２スイッチング制御信号
８ 第１出力電圧制御信号
９ 出力電圧制御信号
１０ 送信パワー設定信号
１１ 電力増幅器
１２ ＲＦ入力信号
１３ ＲＦ出力信号
１４ 記憶部
１５ 制御部
Ａ マルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧
４ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 第１スイッチング制御信号
７ 第２スイッチング制御信号
８ 第１出力電圧制御信号
９ 出力電圧制御信号
１０ 送信パワー設定信号
１１ 電力増幅器
１２ ＲＦ入力信号
１３ ＲＦ出力信号
１４ 記憶部
１５ 制御部
Ａ マルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ
Claims (8)
- 入力電圧を生成する電源と、
前記入力電圧を受け電力増幅器に対して所定の電圧を供給する、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記電力増幅器の送信パワー設定値と前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係を示すテーブルを記憶する記憶部と、
入力される送信パワー設定値に応じて、前記記憶部を参照し、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を切り替える制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記送信パワー設定値が負の値の場合、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータをＯＦＦ状態となるように制御する、
ことを特徴とするマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 前記テーブルは、前記送信パワー設定値の増加時／減少時に応じて、前記送信パワー設定値と前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係が異なることを特徴とする請求項１に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 前記記憶部は、異なる通信方式にそれぞれ対応する複数のテーブルを記憶していることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 前記記憶部は、異なる送信周波数帯にそれぞれ対応する複数のテーブルを記憶していることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 入力電圧を受け電力増幅器に対して所定の電圧を供給する、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有するマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法であって、
電力増幅器の送信パワー設定値と前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係を示すテーブルを記憶し、
入力される送信パワー設定値に応じて、前記テーブルを参照し、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を切り替える制御を行い、
前記送信パワー設定値が負の値の場合、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータをＯＦＦ状態となるように制御する、
ことを特徴とするマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。 - 前記テーブルは、前記送信パワー設定値の増加時／減少時に応じて、前記送信パワー設定値と前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ／ＯＦＦ状態との関係が異なることを特徴とする請求項５に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
- 異なる通信方式に応じて、それぞれに対応する複数のテーブルのいずれかを参照することを特徴とする請求項５又は６に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
- 異なる送信周波数帯に応じて、それぞれに対応する複数のテーブルのいずれかを参照することを特徴とする請求項５又は６に記載のマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
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