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

Dc/dcコンバータ、スイッチング電源装置及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、並列接続された複数のDC/DCコンバータ、それらを備えたスイッチング電源装置、及び上記スイッチング電源装置を用いた電子機器に関する。
携帯端末機器は、その高性能化及び高機能化にともない、より小型化することが求められるとともに、より大きな電力が必要とされている。このため、携帯端末機器に搭載されるDC/DCコンバータは、より小さく、大電力を扱うことができ、高効率であることが求められている。
この課題の解決策の1つとして、複数のコンバータを並列接続するマルチフェーズ電源技術が既に知られている。マルチフェーズ電源技術を用いたスイッチング電源装置によれば、複数のDC/DCコンバータを並列接続し、これらのDC/DCコンバータのスイッチング動作に所定の位相差を与えて同期させる。複数のDC/DCコンバータの出力電流を合成することによりリップルを低減できるので、スイッチング電源装置の出力部に設けるフィルタを構成するために大きな受動素子を用いることが不要になるという利点がある。また、各DC/DCコンバータに流れる電流はスイッチング電源装置が単一のDC/DCコンバータのみからなるときよりも減少するので、各DC/DCコンバータにおいて回路の損失により発生する熱も減少し、個々のDC/DCコンバータに対する放熱性能の要件が緩和されるという利点がある。これらの利点により、スイッチング電源装置の小型化が容易になる。さらに、負荷装置の電力消費量が小さい場合、一部のDC/DCコンバータを休止させることで、スイッチング電源装置全体の電力変換効率を向上できるという利点がある。
しかし、今までは、マルチフェーズ電源として機能させるためには、別途専用のコントローラが必要であった。このコントローラは、複数のDC/DCコンバータの各出力電流が均等になるように調整し、各DC/DCコンバータ間でスイッチングのタイミングを調整したり、接続された複数のDC/DCコンバータのうちの一部を負荷が軽い場合に休止させたりする役割を果たす。しかし、部品点数が増え、DC/DCコンバータ及びコントローラの間を結ぶ配線が複雑になるため、場合によってはかえって大型化することになる。よって、マルチフェーズ電源技術は、出力電流数十A以上の大容量の電源装置向けの技術であり、出力電流数A程度の小型の携帯端末向け電源としては適用できないという問題があった。
また、今までのマルチフェーズ電源技術では、任意に並列数を変更することができず、負荷に応じて動的に並列動作数(フェーズ数)を変更することができないという問題があった。
例えば、スイッチング電源装置が携帯機器のためのスイッチング電源装置であるとき、DC/DCコンバータの機能をIC(集積回路)として実装することを前提とする。この場合、コンバータにマルチフェーズ機能を追加するため、追加で必要なICの端子数を最小限に抑えなければならないという問題があった。例えば出力電流1Aクラスの降圧型DC/DCコンバータのパッケージサイズは2mm×2mm程度、端子数は8端子程度が一般的で、マルチフェーズ機能追加による端子数が増えるならば、パッケージサイズを大きくする必要があり、実装面積の増大につながる。
例えば、特許文献1には、フェーズ数の変更を容易に実現する目的で、接続数nに応じて周波数n倍のクロックを生成するためのクロック制御信号(CT)端子と、同期用のクロック信号(CLK)端子と、フェーズ入力(PHI)端子と、フェーズ出力信号(PHO)端子と、共通制御信号(SHR)端子とを備えたマルチフェーズ方式の電源装置が開示されている。当該特許文献1においては、専用コントローラを必要とせずにフェーズ数を変更できるが、マルチフェーズ電源機能実現のための端子の追加数を少なくするという問題を解決できない。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、マルチフェーズ電源装置として機能させるために別途コントローラが不要であり、並列接続されるコンバータ数を任意に変更でき、動的に並列動作する動作コンバータ数(動作フェーズ数)を変更することができ、例えばICとして実装する場合はマルチフェーズ電源機能を追加するために必要な端子数が少なくてすむスイッチング電源装置のためのDC/DCコンバータを提供することにある。
本発明の態様に係る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、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。
本発明によれば、各DC/DCコンバータを用いてマルチフェーズ電源装置として機能させるために別途コントローラが不要であり、並列接続数を任意に変更でき、動的に並列動作数(動作フェーズ数)を変更することができ、例えばICとして実装する場合はマルチフェーズ電源機能を追加するために必要な端子数を少なくすることができる。
本発明の第1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1のDC/DCコンバータ1の詳細構成を示すブロック図である。 図1のDC/DCコンバータ2,3の詳細構成を示すブロック図である。 図2及び図3の誤差検出回路11,21の詳細構成を示す回路図である。 図3の目標電圧発生回路26の詳細構成を示す回路図である。 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。 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。 図7のDC/DCコンバータ1,2,3の制御回路32によって実行される動作コンバータ数の検出及び伝達処理を示すフローチャートである。 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DC/DCコンバータ1,2,3,3Aの制御回路32によって実行される動作コンバータ数の検出及び伝達処理の第1の部分を示すフローチャートである。 図10の動作コンバータ数の検出及び伝達処理の第2の部分を示すフローチャートである。 図9の各DC/DCコンバータ1,2,3,3Aにおける動作又は休止状態に対応する各DC/DCコンバータ1,2,3,3A毎の端子Isinkの検出電流を示す表である。
以下、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明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1において、スイッチング電源装置は、並列接続された複数のDC/DCコンバータ(以下、コンバータという。)1〜3、インダクタL1〜L3、及びキャパシタC1を備える。コンバータ1〜3は、スイッチング電源装置の動作中において常に出力電流を発生する1つのマスタのコンバータ1と、スイッチング電源装置の動作中において出力電流を発生する動作状態と出力電流を発生しない休止状態とを有する少なくとも1つのスレーブのコンバータ2,3とを含む。コンバータ1〜3は、直流電圧源から入力電圧Vinを取得し、各出力電流Iout1〜Iout3をインダクタL1〜L3を介してキャパシタC1に送る。インダクタL1〜L3及びキャパシタC1はフィルタを構成し、このフィルタにより平滑化された電圧が、スイッチング電源装置の出力電圧Voutとして負荷装置4に供給される。また、コンバータ1〜3のそれぞれは、その出力電流Iout1〜Iout3の大きさを内部でモニタリングし、さらに、スイッチング電源装置の出力電圧Voutをモニタリングする。コンバータ1は、コンバータ1の出力電流の大きさを示す電圧信号Vsense1を、他のコンバータ2,3に送る。スレーブのコンバータ2,3は、その出力電流Iout2,Iout3がマスタのコンバータ1の出力電流Iout1と等しくなるように動作し、これにより、全てのコンバータ1〜3の出力電流Iout1〜Iout3が等しくなる。
図2は、図1のコンバータ1の詳細構成を示すブロック図である。図2において、コンバータ1は、基準電圧源E1、誤差検出回路11、三角波発生回路12、比較器13、ドライバ回路14、スイッチ素子SW1,SW2、及び電流センサ15を備える。基準電圧源E1は、予め決められた基準電圧Vref1を発生する。誤差検出回路11は、スイッチング電源装置の出力電圧Voutと基準電圧Vref1との誤差を表す誤差電圧Verror1を発生する。三角波発生回路12は、予め決められた周波数及び振幅を有する三角波を発生する。比較器13は、誤差電圧Verror1と三角波とを比較し、比較結果を示す信号をドライバ回路14に送る。ドライバ回路14は、PWM(Pulse Width Modulation)信号を発生してスイッチ素子SW1,SW2のオン・オフを制御する。ここで、スイッチ素子SW1はPチャンネルMOSトランジスタであり、SW2はNチャンネルMOSトランジスタである。従って、比較器13及びドライバ回路14は、誤差電圧Verror1に基づいてスイッチ素子SW1,SW2を駆動する駆動回路として動作する。電流センサ15は、コンバータ1の出力電流Iout1の大きさを検出し、出力電流値に比例した電圧を有する電圧信号Vsense1に変換する。電圧信号Vsense1は、コンバータ1から他のコンバータ2,3に送られる。
図3は、図1のコンバータ2,3の詳細構成を示すブロック図である。図3において、コンバータ2は、基準電圧源E2、誤差検出回路21、三角波発生回路22、比較器23、ドライバ回路24、スイッチ素子SW3,SW4、及び電流センサ25を備える。コンバータ2のこれらの構成要素は、コンバータ1の対応する構成要素と同様に構成される。基準電圧源E2は、コンバータ1の基準電圧源E1と同じ基準電圧Vref1を発生する。誤差検出回路21には、基準電圧源E2によって発生された基準電圧Vref1ではなく、コンバータ2の出力電流Iout2がコンバータ1の出力電流Iout1に等しくなるように基準電圧Vref1を調整した基準電圧Vref2が入力される。コンバータ2は、さらに、目標誤差電圧発生回路26、誤差検出回路27,28、加算器29,31、積分器30、及び制御回路32を備える。
図3において、目標誤差電圧発生回路26は、誤差検出回路21から出力される第1の誤差電圧Verror1の目標値(コンバータ2が動作状態にあるときの理想値)である目標誤差電圧Vaimを発生する。誤差検出回路27は、第1の誤差電圧Verror1と目標誤差電圧Vaimとの誤差を表す第2の誤差電圧Verror2を発生する。誤差検出回路28は、コンバータ1の出力電流Iout1の大きさを示す電圧信号Vsense1と、コンバータ2の出力電流Iout2の大きさを示す電圧信号Vsense2との誤差を表す第3の誤差電圧Verror3を発生する。制御回路32はデジタル回路で構成され、電圧信号Vsense1及び第2の誤差電圧Verror2に基づいてコンバータ2を動作状態又は休止状態に切り換える。制御回路32は、コンバータ2が動作状態にあるとき、電圧信号Vsense1が予め決められたしきい値未満になると、負荷装置4の電力消費量が減少したと判断し、コンバータ2を休止状態に切り換える。制御回路32は、コンバータ2が休止状態にあるとき、電圧信号Vsense1が予め決められたしきい値を超えて増大すると、負荷装置4の電力消費量が増大したと判断し、コンバータ2を動作状態に切り換える。また、制御回路32は、コンバータ2が休止状態にあるとき、第2の誤差電圧Verror2が予め決められたしきい値を超えて増大すると、負荷装置4の電力消費量が増大したと判断し、コンバータ2を動作状態に切り換える。制御回路32は、コンバータ2が動作状態及び休止状態のいずれにあるかに応じて、コンバータ2内の各構成要素のオン/オフを制御する。
コンバータ2が動作状態にあるとき、誤差検出回路27及び目標誤差電圧発生回路26のみが機能を停止し、他の構成要素は動作している。従って、このとき、第3の誤差電圧Verror3が積分器30によって積分されて電圧調整値Vadjustになり、基準電圧Vref1と電圧調整値Vadjustとの和が基準電圧Vref2として誤差検出回路21に入力される。言い換えると、コンバータ2が動作状態にあるとき、誤差検出回路21は、基準電圧Vref1と積分された第3の誤差電圧Verror3との和を、誤差検出回路21の基準電圧Vref2として使用する。
一方、コンバータ2が休止状態にあるとき、誤差検出回路21,27、目標誤差電圧発生回路26、加算器29,31、積分器30、基準電圧源E2、及び制御回路のみが動作し、他の構成要素は機能を停止している。従って、このとき、第2の誤差電圧Verror2が積分器30によって積分されて電圧調整値Vadjustになり、基準電圧Vref1と電圧調整値Vadjustとの和が基準電圧Vref2として誤差検出回路21に入力される。言い換えると、コンバータ2が休止状態にあるとき、誤差検出回路21は、基準電圧Vref1と積分された第2の誤差電圧Verror2との和を、誤差検出回路21の基準電圧として使用する。
コンバータ2の基準電圧源E2の基準電圧Vref1は、本来は、コンバータ1の基準電圧源E1の基準電圧Vref1と一致しているはずであるが、製造ばらつきにより誤差を有する可能性がある。従って、コンバータ2が動作状態にあるとき、基準電圧源E2の基準電圧Vref1は、第3の誤差電圧Verror3に基づき、コンバータ2の出力電流Iout2がコンバータ1の出力電流Iout1に等しくなるように調整される。コンバータ1,2が十分に長い時間にわたって動作して定常状態になると、コンバータ2の基準電圧源E2の基準電圧Vref1を調整した基準電圧Vref2は、コンバータ1の基準電圧源E1の基準電圧Vref1に等しくなっている。このとき、コンバータ1,2の各電流センサ15,25によって検出される出力電流Iout1,Iout2の大きさは等しくなる。ただし、このように基準電圧源E2の基準電圧Vref1の誤差を調整する機能は、コンバータ2が動作状態にあり、出力電流Iout2を発生していることが前提である。よって、コンバータ2が休止状態にあるとき、出力電流Iout2はゼロになるので、第3の誤差電圧Verror3に基づき、基準電圧源E2の基準電圧Vref1の誤差を補正することはできなくなる。このため、コンバータ2が休止状態にあるとき、基準電圧源E2の基準電圧Vref1は、第3の誤差電圧Verror3に代えて、第2の誤差電圧Verror2に基づいて調整される(後述)。
コンバータ3もコンバータ2と同様に構成される。
図4は、図2及び図3の誤差検出回路11,21の詳細構成を示す回路図である。図4において、誤差検出回路11,21は、抵抗R1〜R5、キャパシタC2〜C4、及びオペアンプ41を備えた位相補償回路および積分回路を含む。誤差検出回路11,21は、スイッチング電源装置の出力電圧Voutと基準電圧Vref1又はVref2との誤差を検出し、この誤差を増幅して積分し、誤差電圧Verror1を発生する
図5は、図3の目標電圧発生回路26の詳細構成を示す回路図である。図5において、スイッチング電源装置の出力電圧Voutの目標値をVsetと表すとき、誤差検出回路21から出力される誤差電圧Verror1は、定常状態においては、Vset/Vinに比例した値になるはずである。このため、目標誤差電圧発生回路26は、Vset/Vinに比例する目標誤差電圧Vaimを発生するように設定される。
図5において、目標電圧発生回路26は、抵抗R11〜R14、誤差検出回路51〜53、Nチャンネル又はPチャンネルMOS電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジスタという。)SW11〜SW16、及び基準電圧源E11,E12を備える。
基準電圧源E11は、スイッチング電源装置の出力電圧Voutの目標値Vsetに等しい基準電圧Vref3を発生する。基準電圧源E12は、予め決められた基準電圧Vref4を発生する。目標電圧発生回路26には、図1のスイッチング電源装置の入力電圧Vinと同じ入力電圧Vinが供給される。入力電圧Vinを抵抗R11,R12で分圧して誤差検出回路51に入力することで、抵抗R13には、入力電圧Vinに比例した電流が流れる。PチャンネルMOSトランジスタSW11,SW12は同一条件でバイアスされるので、それぞれに流れる電流は等しい。このため、NチャンネルMOSトランジスタSW13にも、入力電圧Vinに比例した電流が流れる。NチャンネルMOSトランジスタSW13は、線形領域で動作し、可変抵抗として扱うことが可能である。
NチャンネルMOSトランジスタSW13のドレイン電圧は、誤差検出回路52によって、基準電圧源E12の基準電圧Vref4と等しくなるように制御される。このため、NチャンネルMOSトランジスタSW13を可変抵抗とみなすとき、基準電圧源E12の基準電圧Vref4に等しい電圧が印加され、入力電圧Vinに比例した電流が流れる。ここで、「電圧=抵抗×電流」の関係式より、NチャンネルMOSトランジスタSW13のドレイン−ソース間抵抗値は、1/Vinに比例することになる。抵抗R14を流れる電流は、誤差検出回路53により、基準電圧源E11の基準電圧Vref3(すなわち、スイッチング電源装置の出力電圧Voutの目標値Vset)に比例するように制御される。PチャンネルMOSトランジスタSW14,SW15は同一条件でバイアスされるので、それぞれに流れる電流はトランジスタサイズに比例する。従って、NチャンネルMOSトランジスタSW16にも、基準電圧源E11の基準電圧Vref3(すなわちVset)に比例した電流が流れる。NチャンネルMOSトランジスタSW16のゲート電圧は、NチャンネルMOSトランジスタSW13のゲート電圧と同じであり、かつ線形領域で動作する。従って、NチャンネルMOSトランジスタSW16は、NチャンネルMOSトランジスタSW13と同様に可変抵抗とみなすことができ、NチャンネルMOSトランジスタSW13の抵抗値とほぼ同じ抵抗値を有する。このため、NチャンネルMOSトランジスタSW16を可変抵抗とみなすときの抵抗値は、1/Vinに比例し、基準電圧源E11の基準電圧Vref3(すなわちVset)に比例した電流が流れる。従って、目標誤差電圧Vaimは、「電圧=抵抗×電流」の関係式より、Vset/Vinに比例することになる。これにより、目標誤差電圧Vaimは、誤差検出回路21から出力される誤差電圧Verror1の望ましい値に近い値になる。
図1のコンバータ2,3は、動作状態にあるときだけでなく、休止状態にあるときにおいても、基準電圧源E2の基準電圧Vref1と、コンバータ1の基準電圧源E1の基準電圧Vref1との誤差を調整することを特徴とする。コンバータ2が休止状態にあるとき、基準電圧Vref1と積分された第2の誤差電圧Verror2との和を誤差検出回路21の基準電圧Vref2として使用することにより、基準電圧Vref2は、基準電圧源E1の基準電圧Vref1と等しくなる。その理由を以下に述べる。
コンバータ2,3が休止状態にあるときであっても、マスタのコンバータ1は常に動作状態にあり、スイッチング電源装置の出力電圧Voutは目標値Vsetになるように制御され、また、誤差検出回路21は動作している。従って、定常状態では、誤差検出回路21から出力される誤差電圧Verror1は、Vset/Vinに比例した値になるはずである。しかし、実際には、コンバータ2,3の基準電圧源E2の基準電圧Vref1は、コンバータ1の基準電圧源E1の基準電圧Vref1とは異なるので、誤差電圧Verror1は、コンバータ2,3が動作状態にあるときの理想値とは異なるものになる。実際の誤差電圧Verror1とその理想値との誤差は、誤差検出回路21に含まれる積分回路により、時間の経過とともにどんどん大きくなる。そこで、目標誤差電圧発生回路26により誤差電圧Verror1の目標値である目標誤差電圧Vaimを発生し、誤差検出回路27により目標誤差電圧Vaimと実際の誤差電圧Verror1とを比較し、その誤差が0になるようにフィードバックをかける。これにより、基準電圧Vref2は、基準電圧源E1の基準電圧Vref1と等しくなることが期待できる。なぜなら、誤差電圧Verror1が理想値に等しいということは、コンバータ1とコンバータ2,3とが同じ動作をし、コンバータ1〜3の誤差検出回路11,21に入力される基準電圧Vref1,Vref2が互いに等しいということを意味するからである。
本実施形態に係るスイッチング電源装置は、並列接続されたコンバータ1〜3を備えた電圧変換装置であり、負荷装置4の電力消費量が小さいときには一部のコンバータは休止状態になる。このとき、休止状態のコンバータにおいて、出力電圧Voutと基準電圧Vref2との誤差を示す誤差電圧Verror1が常に目標誤差電圧Vaim(当該コンバータが動作状態にあるときの理想値)に等しくなるように、基準電圧Vref2を調整する。これにより、休止状態のコンバータにおいても、その基準電圧をマスタのコンバータ1の基準電圧に等しくなるように調整することができる。このため、負荷装置4の電力消費量が増大したとき、休止したコンバータを短い整定時間で復帰させることができる。
本実施形態に係るスイッチング電源装置によれば、各コンバータ1〜3の出力電圧及び出力電流を調整するために各コンバータ1〜3の動作を外部コントローラから制御する必要がない。また、負荷装置の電力消費量が小さいときに一部のコンバータを休止させることにより、スイッチング電源装置全体の電力変換効率を向上することができる。また、休止させたコンバータを復帰させるために必要な時間が短いので、スイッチング電源装置全体として、負荷装置4の電力消費量の変動に対する応答性が良好である。
本実施形態に係る電源回路によれば、コンバータ2,3が休止状態にあっても、コンバータ2,3内のすべての構成要素をオフにすることなく、一部の構成要素を動作させ続けるので、休止状態から動作状態への復帰が高速になる。本実施形態に係る電源回路によれば、一部の構成要素を動作させ続けるための新規な方法を提案し、これにより、復帰時間を犠牲にせずに、休止中の消費電流をなるべく少なくすることができる。
第2の実施形態.
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。
図6は、一例として並列数3の追加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を図示している。コンバータ2の端子Isinkとコンバータ1の端子Isrcとを接続し、コンバータ3の端子Isinkとコンバータ3の端子Isrcとを接続することにより、複数のコンバータ1,2,3同士を一列に接続する。なお、両端のコンバータ1,3において、コンバータ1の端子Isinkは接地され、コンバータ3の端子Isrcは入力電圧Vinの電圧源に接続される。
本実施形態に係るマルチフェーズ電源機能は、第1の実施形態と同様に、並列接続した複数のコンバータ1,2,3のうち1つがマスタのコンバータ1として機能し、その他がスレーブのコンバータ2,3として機能する。マスタのコンバータ1は、基準クロックを生成してスレーブのコンバータ2,3に送信する機能と、出力電流Ioutを示す電圧信号Vsenseを送信する機能を有する。スレーブのコンバータ2,3は、マスタのコンバータ1からクロックを受信して、そのクロックに基づいてスイッチング動作等の処理を実行する機能を有する。スレーブのコンバータ2,3はマスタのコンバータ1からの出力電流Ioutを示す電圧信号Vsenseと自身の出力電流Ioutを示す電圧信号Vsenseを比較し、マスタのコンバータ1と同じ出力電流Ioutになるように出力電流Ioutを制御する機能を有する。
本実施形態では、端子Isrcが入力電圧Vinの電圧源に接続されているコンバータがマスタのコンバータ1として動作するものとする。ただし、本発明はこれに限らず、端子Isrcが電圧源に接続されていることがマスタのコンバータ1を意味する必要は必ずしもなく、端子Isrcが接地されていることでマスタのコンバータ1であるというように予め決めてもよい。もしくは、端子Isrcに何も接続されていない場合がマスタのコンバータ1であるというように予め決めてもよい。図6においては、マスタのコンバータ1は、端子CLK、端子Vsenseからそれぞれ、基準クロック及び出力電流Ioutを示す電圧信号Vsenseを他のスレーブのコンバータ2,3に送信する。
次いで、第2の実施形態において、複数のコンバータ1,2,3同士を一列に縦続接続し、端子Isrcから端子Isinkに所定の電流を流出した後、流入させることにより、動作コンバータ数の検出及び伝達処理を行うことについて、図7及び図8を参照して以下に説明する。
図7は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。図7において、各コンバータ1,2,3は、制御回路32と、電流/電圧変換器33と、A/D変換器34と、可変電流源35と、マスタ判別回路36と、クロックPWM変調回路37と、クロックPWM復調回路38とを備えて構成される。電流/電圧変換器33は、端子Isinkから流入する電流を当該電流に対応するアナログ電圧に変換し、A/D変換器34は変換されたアナログ電圧をデジタル値に変換して制御回路32に出力する。制御回路32は図8の動作コンバータ数の検出及び伝達処理を実行することにより、マスタ判別回路36からのマスタ判別信号に基づいて自身がマスタのコンバータであるか否かを判別し、動作コンバータ数を検出して伝達する。当該処理において、制御回路32は図8の処理において設定された電流値を、電流値の設定信号を用いて可変電流源35に設定して当該電流値を有する電流を可変電流源35から端子Isrcを介して別のコンバータに流す。マスタ判別回路36は端子Isrcに入力電圧Vinの電圧源が接続されているとき、自身がマスタのコンバータであると判断する一方、否のときそうではないと判断する。クロックPWM変調回路37は制御回路32からの制御信号に基づいて制御回路32で検出された動作コンバータ数の情報に従ってクロックをPWM変調して出力する。また、クロックPWM復調回路38はクロックを受信してPWM復調することにより動作コンバータ数の情報を得てその情報を制御回路32に出力する。なお、クロックPWM変調回路37はマスタのコンバータのときに動作し、クロックPWM復調回路38はスレーブのコンバータのときに動作する。
図8は図7のDC/DCコンバータ1,2,3,2A,3Aの制御回路32によって実行される動作コンバータ数の検出及び伝達処理を示すフローチャートである。
図8のステップS1において、マスタ判別回路36からのマスタ判別信号に基づいて自身がマスタのコンバータであるか否かを判断し、YESのときはステップS5に進む一方、NOのときはステップS2に進む。ステップS2では、自身のコンバータが動作中であるか否かを判別し、YESのときはステップS4に進む一方、NOのときはステップS3に進む。ステップS4では、端子Isinkを介して流入した電流値+5μAの電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS2に戻る。ステップS3では、端子Isinkを介して流入した電流値に等しい電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS2に戻る。さらに、ステップS5では、制御回路32は端子Isinkを介して電流値÷5μAの除算値より動作中の動作コンバータ数を計算する。次いで、ステップS6では、制御回路32は、動作コンバータ数の情報に従ってクロックをPWM変調して送信し、ステップS5に戻る。
以上の図8の処理を実行することにより、スレーブのコンバータ2,3は、並列接続されているコンバータ1,2,3のうち、少なくとも何個のコンバータが動作中であるかを知ることができ、動作しているコンバータのうち自分が何番目かを知ることができる。すなわち、自身のコンバータより端子Isrc側に、何個のコンバータが接続されており、そのうち何個のコンバータが動作中であるかは、端子Isinkから吸い込む電流のみから知ることができないからである。マスタのコンバータ1であれば、並列接続されているコンバータ1,2,3のうち動作中のコンバータ数を端子Isinkから吸い込む電流量から知ることができる。マスタのコンバータ1は端子Isinkから吸い込んだ電流から知った並列する動作コンバータ数の情報を、スイッチング同期用クロックをクロックPWM変調回路37によりPWM変調することでスレーブのコンバータ2,3に伝達する。従って、スレーブのコンバータ2,3はスイッチング同期用クロックをクロックPWM復調回路38によりPWM復調することにより、並列動作数の情報を得ることができる。
以上のように構成されたマルチフェーズのスイッチング電源装置において、マルチフェーズのスイッチング電源装置として機能させるために別途追加でコントローラが不要である理由について以下に説明する。
並列接続された各コンバータ1,23は安定動作するために、動作コンバータ数(フェーズ数)を認識し、制御ループの利得を調整する必要がある。本実施形態によれば、複数のコンバータ1,2,3を一列に縦続接続するように配線し、その間で電流のやりとりを行う構成と、コンバータ1,2,3間で共有するスイッチング同期用クロックを変調して伝送する構成とを有する。これにより、各コンバータ1,2,3が並列動作中の動作コンバータ数を認識することができる。このため、各コンバータ1,2,3で制御ループの利得を変更できるので、別途追加でコントローラが不要である。
さらに、各コンバータ1,2,3は順番を認識し、同期したタイミングで、順番に応じて位相を等間隔でずらしてスイッチングする必要がある。従来は、これを別途コントローラがおこなっていた。図6のごとく、複数のコンバータ1,2,3を一列に縦続接続するように配線しその間で電流のやりとりをおこなう構成により、各コンバータ1,2,3が順番を認識できるので、各コンバータ1,2,3が順番に応じて順次位相をずらすことができる。また、別途追加のコントローラが不要である。ここで、複数のコンバータ1,2,3を一列に縦続接続し、その間の電流のやりとりで動作コンバータ数を認識しているので並列接続数を任意に変更できる。
さらに、動的に並列して動作する動作コンバータ数を変更できる理由について以下に詳述する。
複数のコンバータ1,2,3を一列に接続し、その間の電流のやりとりで動作コンバータ数と動作しているコンバータのうち自分が何番目かを認識しているので動作コンバータ数を変更できる。並列に動作する動作コンバータ数を変更するために、各コンバータ1,2,3は並列動作数と順番を知る必要があるが、その理由を3点あげる。
(1)まず第一に、複数コンバータからなる系全体の出力電圧制御のフィードバック利得を、並列動作数が変化しても一定になるように制御して安定動作させるため、並列動作数を知る必要がある。本コンバータはそれぞれが独立して出力電圧のフィードバック制御をおこなっている。従って、並列して動作するコンバータの系全体のフィードバック利得は、それぞれのコンバータのフィードバック利得を足し合わせたものとなるので、並列動作数が変わるたびに、各コンバータはフィードバック利得を調整する必要がある。
(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。
さらに、ICとして実装する場合に必要な端子数を少なくすることができる理由は以下の通りである。複数のコンバータ1,2,3を一列に縦続接続するための2つの端子Isink,Isrcと、同期用クロック端子CLKと、コンバータ間のバランスを調整するための制御用電圧信号端子Vsenseとの計4個の端子の追加のみでマルチフェーズ機能を実現できる。ただし、出力電流端子Iout、出力電圧端子Voutを除く。
以上の第2の実施形態においては、図8のステップS4において、自身のコンバータが動作中であるときに検出した電流値に5μAを加算しているが、本発明はこれに限らず、所定の加算電流値を加算してもよい。
以上の第2の実施形態においては、スレーブのコンバータ3の端子Isinkを接地して初期電流値を0にしている。しかし、本発明はこれに限らず、初期電流値を0を超える所定値にして、各コンバータ1,2,3における制御回路32による可変電流源35に設定する電流値から上記所定値を減算するように構成してもよい。
第3の実施形態.
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。
図6において、仮にコンバータ1のA/D変換器34が5μAを受け取ったとする。コンバータ1にとっては、マスタのコンバータを除いて、コンバータ1以外のコンバータの中で動作中のものが少なくとも1つ存在するということがわかるだけである。図6では、3つのコンバータ1,2,3が並列接続されているが、コンバータ1にとっては、コンバータ3が存在するかどうかを知る方法がないため、A/D変換器34が5μAを受け取ったという情報だけからは、
(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。
上記のように区別できないことによる問題点と、それでも大きな問題にはならない理由を、図9を参照して以下に述べる。図9のスイッチング電源装置は、マスタのコンバータ1と、スレーブのコンバータ2,3,3Aを備えて構成される。
上記の仮定で図9においてマスタのコンバータ1が休止状態にあるものとして、負荷が徐々に重くなってきたため休止中のスレーブのコンバータ2,3,3Aの1つを動作状態に移行して、並列動作する動作コンバータ数を一つ増やす必要が出てきたものとする。なお、負荷の軽重は図9で示した端子Vsenseでマスタのコンバータ1からの電圧信号Vsenseを知ることで間接的に知ることができる。上記場合分けで(A)の場合はコンバータ3が動作状態に移行すればよく、コンバータ3Aは休止状態のままでよい。(B)の場合はコンバータ2が動作状態に移行すればよく、コンバータ3Aは休止状態のままでよい。(C)の場合はコンバータ2は動作状態に移行する必要がある。コンバータ2にとっては、(A)、(B)、(C)いずれであるか判別できないため、(C)を想定して動作状態から休止状態へ移行する必要がある。ところが、(A)だった場合は、同時にコンバータ3も動作状態に移行する可能性があり、同時にコンバータ3、コンバータ3Aの2つが休止状態から動作状態に移行してしまう。同様に(B)だった場合は、同時にコンバータ3Aも動作状態に移行する可能性があり、同時にコンバータ3A、コンバータ3の2つが休止状態から動作状態に移行してしまう。このように並列動作数が同時に2つ増えてしまった場合、コンバータ3AのA/D変換器34は10μAを受け取ることになるため、(C)の状態はありえないことがわかる。このため、コンバータ2は再度動作状態から休止状態に戻るという判断を下せる。
以上説明したように、(A)又は(B)の場合に、コンバータ2がいったん動作状態に移行するものの、最終的にはコンバータ2は休止状態に戻ることで、全体として並列動作数を1つだけ増やすことが可能である。しかし、休止状態と動作状態を行き来することにより、安定状態に落ち着くまでに時間がかかってしまうという問題点があった。この問題点を解決するために第3の実施形態を構成した。
図10及び図11は図9のDC/DCコンバータ1,2,3,3Aの制御回路32によって実行される動作コンバータ数の検出及び伝達処理を示すフローチャートである。
図10のステップS11において、マスタ判別回路36からのマスタ判別信号に基づいて自身がマスタのコンバータであるか否かを判断し、YESのときは図11のステップS31に進む一方、NOのときはステップS12に進む。ステップS12では、端子Isinkを介して流入する電流値を検出し、その電流値が0μAであるときステップS13に進み、5又は10μAであるときステップS16に進み、15、20又は25μAであるときステップS19に進む。ステップS13では、自身が動作中であるか否かを判断し、YESのときはステップS15に進む一方、NOのときはステップS14に進む。ステップS14では、電流値5μA(=0+5:第2の電流加算値は5)を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcから出力してステップS12に戻る。ステップS15では、電流値10μA(=0+10:第1の電流加算値は10)を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcから出力してステップS12に戻る。
ステップS16では、自身が動作中であるか否かを判断し、YESのときはステップS18に進む一方、NOのときはステップS17に進む。ステップS17では、端子Isinkを介して流入した電流値に+10μAの第2の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS12に戻る。ステップS18では、端子Isinkを介して流入した電流値に+15μAの第1の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS12に戻る。
ステップS19では、自身が動作中であるか否かを判断し、YESのときはステップS21に進む一方、NOのときはステップS20に進む。ステップS20では、端子Isinkを介して流入した電流値に+15μAの第2の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS12に戻る。ステップS21では、端子Isinkを介して流入した電流値に+20μAの第1の電流加算値を加算して、加算結果の電流値を可変電流源35に設定してその電流値を有する電流を端子Isrcを介して流し、ステップS12に戻る。
図11のステップS31では、端子Isinkに流入する電流値を検出し、その電流値が0、5、15又は30μAであるときステップS32に進み、その電流値が10、20又は35μAであるときステップS33に進む。また、その電流値が25又は40μAであるときステップS34に進み、その電流値が45μAであるときステップS35に進む。ステップS32では、動作コンバータ数=1の情報に従ってクロックをPWM変調して送信してステップS31に戻る。ステップS33では、動作コンバータ数=2の情報に従ってクロックをPWM変調して送信してステップS31に戻る。ステップS34では、動作コンバータ数=3の情報に従ってクロックをPWM変調して送信してステップS31に戻る。ステップS35では、動作コンバータ数=4の情報に従ってクロックをPWM変調して送信してステップS31に戻る。
ステップS14、S15、S17、S18、S20、S21においてそれぞれ設定される各DC/DCコンバータ1,2,3,3Aの第1及び第2の電流加算値は以下のように設定される。マスタのコンバータから遠端のスレーブのコンバータから近端のスレーブのコンバータに向かって、所定段のスレーブのコンバータの第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。そして、ステップS13,S16,S19の分岐条件は、前段のスレーブのコンバータにより発生することが可能性がある電流値で設定される。そして、図12を参照して後述するように、各コンバータ毎の端子Isinkの検出電流が、少なくともマスタのコンバータにおいて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。
なお、図10のステップS11において、マスタのコンバータの判断を行っている。これは、端子Isrcが電圧源に接続されているコンバータがマスタであるので、コンバータ1がマスタとして機能し、マスタのコンバータは自動で休止状態になることはないからである。他のコンバータ2,3,3Aはスレーブのコンバータとして機能し、休止状態か動作状態をとる。コンバータ3Aの端子Isinkは接地されているため、コンバータ3Aの端子Isinkには電流は流れ込まない。図10のフローチャートに従い、コンバータ3Aの端子Isrcからは、コンバータ3Aが動作状態の場合は10μA、休止状態の場合は5μAが流れる。コンバータ3の端子Isinkは、図9に示すようにコンバータ3Aの端子Isrcと接続されている。コンバータ3の端子Isinkに入力される電流は、5μAもしくは10μAである。ここでルールとして、コンバータ3Aが休止状態であるのに、コンバータ3が動作状態になることはないものとする。図10のフローチャートに従うと、コンバータ3が動作状態の場合は、コンバータ3Aも動作状態であり、コンバータ3の端子Isrcからは25μAを出力する。コンバータ3が休止状態でコンバータ3Aが休止状態の場合はコンバータ3の端子Isrcからは15μAを出力し、コンバータ3が休止状態でコンバータ3Aが動作状態の場合はコンバータ3の端子Isrcからは20μAを出力する。以下同様であり、これを図12の表にまとめる。
図12は図9の各DC/DCコンバータ1,2,3,3Aにおける動作又は休止状態に対応する各DC/DCコンバータ1,2,3,3A毎の端子Isinkの検出電流を示す表である。図12から明らかなように、マスタのコンバータ1は常時動作し、スレーブのコンバータ2,3,3Aは、マスタのコンバータ1から遠端のスレーブのコンバータから順次、動作状態に制御する。図11及び図12の処理に従った場合、図8の処理で生じたようなあいまいさがなくなるため、並列動作する動作コンバータ数がかわるときに、同時に2つ動作状態に移行してしまうような不都合が生じなくなり、安定した動作が期待できる。ただし、4個以上のコンバータを備えたスイッチング電源装置に適用することができる。
以上説明したように、第2及び第3の実施形態によれば、複数のコンバータを一列に縦続接続するように配線し、その間で電流のやりとりをおこなう構成と、複数のコンバータ間で共有する同期用のクロックを変調して伝送する構成とを備える。これにより、並列動作中の動作コンバータ数と各々の順番を認識することができる。また、ICとして実装する場合に、複数のコンバータを一列に接続する2つの端子Isink,Isrcと、同期用クロック端子CLKと、コンバータ間のバランスを調整するための制御用電圧信号端子Vsenseとの計4端子のみでマルチフェーズ電源機能を実現できる。
変形例.
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。
以上の各実施形態に係るスイッチング電源装置は、例えば携帯電話機、スマートホン、タブレット又はパーソナルコンピュータなどの電子機器に電源装置として設けることができる。
実施形態のまとめ.
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。
第2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。
第3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。
第4の態様に係るDC/DCコンバータは、第1〜第3の態様のうちのいずれか1つに記載のDC/DCコンバータにおいて、制御手段は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変調してスレーブのDC/DCコンバータに伝送する。
第5の態様に係るスイッチング電源装置は、第1〜第4の態様のうちのいずれか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。
第6の態様に係る電子機器は、第5の態様に係るスイッチング電源装置を備えたことを特徴とする。
本発明の態様に係るスイッチング電源装置は、例えば、インダクタ内蔵コンバータを備えたスイッチング電源装置に適用可能である。
1,2,3,2A,3A…DC/DCコンバータ(コンバータ)、
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。
特開2011−147269号公報

Claims (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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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