JP6255999B2 - Dc/dcコンバータ、スイッチング電源装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子は接地され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは検出した電流値に所定の加算電流値を加算して加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは検出した電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値を上記加算電流値で除算して、当該除算値に基づいて動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送することを特徴とする。
図6は本発明の第2の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。また、図7は図6のスイッチング電源装置のDC/DCコンバータ1,2,3において動作コンバータ数の検出及び伝達処理を行うための回路部分を示すブロック図である。なお、各DC/DCコンバータ1,2,3の他の回路は、第1の実施形態の図2〜図5と同様に構成される。図6の第2の実施形態は、専用コントローラが不要なマルチフェーズのスイッチング電源装置であって、図1の第1の実施形態と比較して以下の点が異なる。
(1)マスタのコンバータ1からスレーブのコンバータ2,3に、スイッチング同期用クロック端子CLKを介してスイッチング同期用クロックが供給される。
(2)各DC/DCコンバータ1,2,3及び(図9の)3Aは、
(a)隣接するコンバータ同士で接続するための電流流入用接続端子Isink(以下、端子Isinkという。)と、
(b)隣接するコンバータ同士で接続するための電流流出用接続端子Isrc(以下、端子Isrcという。)とをさらに備える。
(2)第二に、電力変換効率向上のため、負荷の軽重に応じて並列動作数を変更する仕組みを別途制御用ICを用いずに実現するためには、各々のコンバータが並列動作数とそれぞれの順番を知って、自律的に動作状態と休止状態のどちらかを判断する必要があるためである。
(3)第三に、並列動作する各コンバータのスイッチングのタイミングを均等にずらすことにより、足し合わせた出力電流が平均化され、リップルを低減する効果が期待できるが、その実現のためには並列動作数と順番を知り、スイッチングのタイミングをずらす機能が必要だからである。
図9は本発明の第3の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。図9の第3の実施形態は、図6の第2の実施形態に比較して、4個のコンバータ1,2,3,3A(3Aはスレーブのコンバータ)を端子Isink及び端子Isrcを用いて縦続接続したことを特徴としている。ここで、第3の実施形態は第2の実施形態における以下の問題点を解決するために構成した。
(A)コンバータ3が動作していてコンバータ2が休止している状態、
(B)コンバータ3が休止していてコンバータ2が動作している状態、
(C)コンバータ3は実は存在しなくてコンバータ2が動作している状態、
のいずれであるか、さらにはコンバータ1の先にさらにもう1つ別のコンバータが存在するケースも想定できるについて区別ができないという問題点があった。
第1の実施形態において、各コンバータ1〜3は、2つのスイッチ素子SW1,SW2を備えたことにより同期整流型のコンバータとして動作するが、少なくとも1つのスイッチ素子を備えた他のタイプのコンバータとして構成されてもよい。また、以上の各実施形態において、スイッチング電源装置は、1つのマスタのコンバータと、3つ以上のスレーブのコンバータを備えてもよい。
第1の態様に係るDC/DCコンバータは、マスタのDC/DCコンバータと、複数のスレーブのDC/DCコンバータとを含み、各出力端子を互いに並列に接続して動作する複数のDC/DCコンバータを備えたスイッチング電源装置のためのDC/DCコンバータであって、
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子は接地され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは検出した電流値に所定の加算電流値を加算して加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。また、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは検出した電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値を上記加算電流値で除算して、当該除算値に基づいて動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送する。
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子には所定の初期電流値が供給され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに以下のように実行する。第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは検出した電流値から上記初期電流値を減算した後、減算結果に所定の加算電流値を加算して加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは検出した電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値を上記加算電流値で除算して、当該除算値に基づいて動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送する。
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子は接地され、
上記各DC/DCコンバータは、上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータから順次動作するように構成され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに以下のように実行する。第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは、上記検出した電流値に所定の第1の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは、上記検出した電流値に、上記第1の電流加算値よりも大きい所定の第2の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力する。
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値に基づいて、動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送する。
各DC/DCコンバータの第1及び第2の電流加算値は、上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータから近端のスレーブのDC/DCコンバータに向かって以下のように設定される。所定段のスレーブのDC/DCコンバータの第1の電流加算値が、当該所定段から次段のスレーブのDC/DCコンバータの第2の電流加算値に等しくなるように設定される。かつマスタのDC/DCコンバータの端子Isinkの検出電流が動作コンバータ数により互いに異なるように設定される。
4…負荷装置、
11,21…誤差検出回路、
12,22…三角波発生回路、
13,23…比較器、
14,24…ドライバ回路、
15,25…電流センサ、
26…目標誤差電圧発生回路、
27,28,51〜53…誤差検出回路、
29,31…加算器、
30…積分器、
32…制御回路、
33…電流/電圧変換器、
34…A/D変換器、
35…可変電流源、
36…マスタ判別回路、
37…クロックPWM変調回路、
38…クロックPWM復調回路、
41…オペアンプ、
C1〜C4…キャパシタ、
E1,E2,E11,E12…基準電圧源、
L1〜L3,L3A…インダクタ、
R1〜R5,R11〜R14…抵抗、
SW1〜SW4…スイッチ素子、
SW11,SW12,SW14,SW15…PチャンネルMOSトランジスタ、
SW13,SW16…NチャンネルMOSトランジスタ。
Claims (6)
- マスタのDC/DCコンバータと、複数のスレーブのDC/DCコンバータとを含み、各出力端子を互いに並列に接続して動作する複数のDC/DCコンバータを備えたスイッチング電源装置のためのDC/DCコンバータであって、
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子は接地され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは検出した電流値に所定の加算電流値を加算して加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは検出した電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値を上記加算電流値で除算して、当該除算値に基づいて動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送することを特徴とするDC/DCコンバータ。 - マスタのDC/DCコンバータと、複数のスレーブのDC/DCコンバータとを含み、各出力端子を互いに並列に接続して動作する複数のDC/DCコンバータを備えたスイッチング電源装置のためのDC/DCコンバータであって、
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子には所定の初期電流値が供給され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは検出した電流値から上記初期電流値を減算した後、減算結果に所定の加算電流値を加算して加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは検出した電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値を上記加算電流値で除算して、当該除算値に基づいて動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送することを特徴とするDC/DCコンバータ。 - マスタのDC/DCコンバータと、複数のスレーブのDC/DCコンバータとを含み、各出力端子を互いに並列に接続して動作する複数のDC/DCコンバータを備えたスイッチング電源装置のためのDC/DCコンバータであって、
複数のDC/DCコンバータを一列に縦続接続するための第1及び第2の端子と、
上記第2の端子において所定電圧を検出したとき自己のDC/DCコンバータがマスタのDC/DCコンバータであることを判別し、検出しないとき自己のDC/DCコンバータがスレーブのDC/DCコンバータであることを判別する判別手段と、
マスタのDC/DCコンバータであるか、スレーブのDC/DCコンバータであるかに応じて上記第2の端子から出力する電流を制御する制御手段とを備え、
上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータの第1の端子は接地され、
上記各DC/DCコンバータは、上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータから順次動作するように構成され、
上記制御手段は、
(1)スレーブのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記第1の端子から流入する電流の電流値を検出して、自己のDC/DCコンバータが動作中でないときは、上記検出した電流値に所定の第1の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、自己のDC/DCコンバータが動作中であるときは、上記検出した電流値に、上記第1の電流加算値よりも大きい所定の第2の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を有する電流を上記第2の端子を介して出力し、
(2)マスタのDC/DCコンバータであることが判別されたときに、上記検出された電流値に基づいて、動作する動作コンバータ数を検出し、検出した動作コンバータ数の情報をスレーブのDC/DCコンバータに伝送し、
上記各DC/DCコンバータの第1及び第2の電流加算値は、上記マスタのDC/DCコンバータから遠端のスレーブのDC/DCコンバータから近端のスレーブのDC/DCコンバータに向かって、所定段のスレーブのDC/DCコンバータの第1の電流加算値が、当該所定段から次段のスレーブのDC/DCコンバータの第2の電流加算値に等しくなるように設定され、かつマスタのDC/DCコンバータの端子Isinkの検出電流が動作コンバータ数により互いに異なるように設定されることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 上記制御手段は、上記検出された動作コンバータ数の情報に従って、スイッチング同期用クロックをPWM変調することにより、スレーブのDC/DCコンバータに伝送することを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載のDC/DCコンバータ。
- 請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の複数のDC/DCコンバータを並列に接続して構成されたことを特徴とするスイッチング電源装置。
- 請求項5記載のスイッチング電源装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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