JP7068858B2 - Switching power supply - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.

一般的に、DC/DCコンバータなどのスイッチング電源装置では、出力電流を検出するために電流検出手段を備えている。例えば、特許文献1には、電流検出手段としてシャント抵抗を設け、そのシャント抵抗の両端に表れる電位差に基づいて出力電流を検出する方法が記載されている。また、特許文献2には、電流検出手段としてカレントトランスを設け、そのカレントトランスで検出される電流変化から出力電流を検出する方法が記載されている。 Generally, a switching power supply device such as a DC / DC converter includes a current detecting means for detecting an output current. For example, Patent Document 1 describes a method in which a shunt resistor is provided as a current detecting means and an output current is detected based on a potential difference appearing at both ends of the shunt resistor. Further, Patent Document 2 describes a method in which a current transformer is provided as a current detecting means and an output current is detected from a current change detected by the current transformer.

特開2003-18827号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-18827 特開2005-304116号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-304116

しかしながら、電流検出手段として、シャント抵抗を用いた場合には、そのシャント抵抗にて電力損失が発生してしまう。また、電流検出手段として、カレントトランスを用いた場合には、交流電流しか検出することができず、直流電流を検出することができない。 However, when a shunt resistor is used as the current detecting means, power loss occurs due to the shunt resistor. Further, when a current transformer is used as the current detecting means, only alternating current can be detected, and direct current cannot be detected.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電力損失を発生させることなく、直流電流を検出するスイッチング電源装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that detects a direct current without causing a power loss.

本発明の一態様は、一端が直流電源に接続されるインダクタと、前記直流電源からインダクタに流れる入力電流値をオンオフするスイッチング素子と、前記インダクタの他端とグランドとの間に接続される平滑コンデンサと、前記入力電流値を計測する第1の交流電流センサと、前記平滑コンデンサに流れるリップル電流値を計測する第2の交流電流センサと、前記入力電流値から、前記リップル電流値を差し引くことで、前記平滑コンデンサから出力される直流電流値を算出する演算部と、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置である。 One aspect of the present invention is an inductor whose one end is connected to a DC power supply, a switching element that turns on and off the input current value flowing from the DC power supply to the inductor, and smoothing connected between the other end of the inductor and ground. Subtracting the ripple current value from the capacitor, the first AC current sensor for measuring the input current value, the second AC current sensor for measuring the ripple current value flowing through the smoothing capacitor, and the input current value. It is a switching power supply device including a calculation unit for calculating a DC current value output from the smoothing capacitor.

本発明の一態様は、上述のスイッチング電源装置であって、前記スイッチング素子は、互いに直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子を備え、前記インダクタの一端は、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間に接続され、第1の交流電流センサは、前記第1のスイッチング素子から前記インダクタの一端に流れる第1の交流電流値を計測する上側用交流電流センサと、前記第2のスイッチング素子から前記インダクタの一端に流れる第2の交流電流値を計測する下側用交流電流センサ11と、を備え、前記第1の交流電流値と前記第2の交流電流値とを加算することで前記入力電流値を算出する加算回路を更に備える。 One aspect of the present invention is the above-mentioned switching power supply device, wherein the switching element includes a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and one end of the inductor is the first. The first alternating current sensor is connected between the switching element of the above and the second switching element, and the first alternating current sensor measures the first alternating current value flowing from the first switching element to one end of the inductor. A current sensor and a lower AC current sensor 11 for measuring a second AC current value flowing from the second switching element to one end of the inductor are provided, and the first AC current value and the second AC current value are provided. Further, an addition circuit for calculating the input current value by adding the AC current value is provided.

本発明の一態様は、上述のスイッチング電源装置であって、前記第1の交流電流センサと前記第2の交流電流センサとは、それぞれロゴスキーコイルと前記ロゴスキーコイルからの出力信号を積分する積分回路とを備える。 One aspect of the present invention is the switching power supply device described above, wherein the first AC current sensor and the second AC current sensor integrate output signals from the Rogowski coil and the Rogowski coil, respectively. It is equipped with an integrator circuit.

本発明の一態様は、上述のスイッチング電源装置であって、前記ロゴスキーコイルは、多層基板の内層に形成されている。 One aspect of the present invention is the switching power supply device described above, wherein the Rogoski coil is formed in an inner layer of a multilayer substrate.

以上説明したように、本発明によれば、電力損失を発生させることなく、直流電流を検出することができる。 As described above, according to the present invention, the direct current can be detected without causing a power loss.

本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the schematic structure of the switching power supply device 1 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る積分回路102の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the integration circuit 102 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る加算回路91の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the addition circuit 91 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る減算回路92の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of the subtraction circuit 92 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1の動作の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of operation of the switching power supply device 1 which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, the switching power supply device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1の概略構成の一例を示す図である。スイッチング電源装置1は、例えば、降圧型のスイッチングレギュレータであり、直流電源2が出力する電圧Vinを降圧して、出力電圧Voを負荷部Rに供給する。負荷部Rは、スイッチング電源装置1が接続され、スイッチング電源装置1の出力電圧Voが供給される装置や回路などである。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a switching power supply device 1 according to an embodiment of the present invention. The switching power supply device 1 is, for example, a step-down switching regulator that steps down the voltage Vin output by the DC power supply 2 and supplies the output voltage Vo to the load unit R. The load unit R is a device or circuit to which the switching power supply device 1 is connected and the output voltage Vo of the switching power supply device 1 is supplied.

図1に示すように、スイッチング電源装置1は、直流電源2、スイッチング素子31(第1のスイッチング素子)、スイッチング素子32(第2のスイッチング素子)、インダクタ4、平滑コンデンサ5、第1の交流電流センサ6、第2の交流電流センサ7、制御部8、及び演算部9を備えている。 As shown in FIG. 1, the switching power supply device 1 includes a DC power supply 2, a switching element 31 (first switching element), a switching element 32 (second switching element), an inductor 4, a smoothing capacitor 5, and a first alternating current. It includes a current sensor 6, a second alternating current sensor 7, a control unit 8, and a calculation unit 9.

直流電源2は、例えば、バッテリなどの直流電力を供給する供給源であり、電力供給線L1とGND(グランド)線L2との間に、電圧Vinの直流電力を供給する。 The DC power supply 2 is a supply source for supplying DC power such as a battery, and supplies DC power of voltage Vin between the power supply line L1 and the GND (ground) line L2.

スイッチング素子31及びスイッチング素子32とは、例えば、nMOSFET(n型MOS電界効果トランジスタ)であり、電力供給線L1とGND線L2との間に、直列に接続されている。なお、本実施形態において、スイッチング素子31と、スイッチング素子32とは、同一の構成であり、スイッチング電源装置1が備える任意のスイッチング素子を示す場合、又は特に区別しない場合には、スイッチング素子3として説明する。 The switching element 31 and the switching element 32 are, for example, n MOSFETs (n-type MOS field effect transistors), and are connected in series between the power supply line L1 and the GND line L2. In the present embodiment, the switching element 31 and the switching element 32 have the same configuration, and when indicating an arbitrary switching element included in the switching power supply device 1 or when not particularly distinguished, the switching element 3 is used. explain.

スイッチング素子31は、ソース端子がノードN1に、ドレイン端子が電力供給線L1に、ゲート端子が制御部8から出力される制御信号S1の信号線に、それぞれ接続されている。ここで、制御信号S1は、スイッチング素子31を制御するパルス信号である。
また、スイッチング素子32は、ソース端子がGND線L2に、ドレイン端子がノードN1に、ゲート端子が制御部8から出力される制御信号S2の信号線に、それぞれ接続されている。ここで、制御信号S2は、スイッチング素子32を制御するパルス信号である。
In the switching element 31, the source terminal is connected to the node N1, the drain terminal is connected to the power supply line L1, and the gate terminal is connected to the signal line of the control signal S1 output from the control unit 8. Here, the control signal S1 is a pulse signal that controls the switching element 31.
Further, in the switching element 32, the source terminal is connected to the GND line L2, the drain terminal is connected to the node N1, and the gate terminal is connected to the signal line of the control signal S2 output from the control unit 8. Here, the control signal S2 is a pulse signal that controls the switching element 32.

インダクタ4は、例えば、降圧用のコイルであり、一端がスイッチング素子31とスイッチング素子32との間に接続されている。具体的には、インダクタ4の一端は、スイッチング素子31のソース端子とスイッチング素子32のドレイン端子との接続点N1に接続されている。また、インダクタ4の他端は、スイッチング電源装置1の出力線L3に接続されている。ここで、出力線L3には、インダクタ4の他端及び平滑コンデンサ5の他端が接続されている。 The inductor 4 is, for example, a coil for step-down, and one end thereof is connected between the switching element 31 and the switching element 32. Specifically, one end of the inductor 4 is connected to a connection point N1 between the source terminal of the switching element 31 and the drain terminal of the switching element 32. Further, the other end of the inductor 4 is connected to the output line L3 of the switching power supply device 1. Here, the other end of the inductor 4 and the other end of the smoothing capacitor 5 are connected to the output line L3.

平滑コンデンサ5は、出力線L3とGND線L2との間に接続され、スイッチング電源装置1の出力電圧Voを平滑化する。平滑コンデンサ5は、一端がインダクタ4の他端に接続され、他端が出力線L3に接続されている。 The smoothing capacitor 5 is connected between the output line L3 and the GND line L2, and smoothes the output voltage Vo of the switching power supply device 1. One end of the smoothing capacitor 5 is connected to the other end of the inductor 4, and the other end is connected to the output line L3.

第1の交流電流センサ6は、直流電源2からインダクタ4に流れる入力電流値Iinを計測する。この入力電流値Iinは、スイッチング素子3によりオンオフされるため交流電流の値である。 The first AC current sensor 6 measures the input current value Iin flowing from the DC power supply 2 to the inductor 4. This input current value Iin is an alternating current value because it is turned on and off by the switching element 3.

具体的には、第1の交流電流センサ6は、上側用交流電流センサ10及び下側用交流電流センサ11を備える。 Specifically, the first AC current sensor 6 includes an upper AC current sensor 10 and a lower AC current sensor 11.

上側用交流電流センサ10は、スイッチング素子31からインダクタ4の一端に流れる第1の交流電流I1値を計測する。以下に、上側用交流電流センサ10の具体的な構成について説明する。 The upper AC current sensor 10 measures the first AC current I1 value flowing from the switching element 31 to one end of the inductor 4. The specific configuration of the upper AC current sensor 10 will be described below.

上側用交流電流センサ10は、ロゴスキーコイル101及び積分回路102を備える。 The upper alternating current sensor 10 includes a Rogoski coil 101 and an integrating circuit 102.

ロゴスキーコイル101は、インダクタ4の一端に接続されたスイッチング素子31に流れる第1の交流電流I1を計測する。ロゴスキーコイル101は、例えば、スイッチング素子31のソース端子と接続点N1との間の接続線に配置され、当該接続線を流れる電流を検出する。このロゴスキーコイル101は、例えば、スイッチング素子31のソース端子と接続点N1との間の接続線が形成された多層基板の内層に形成されている。 The Rogoski coil 101 measures the first alternating current I1 flowing through the switching element 31 connected to one end of the inductor 4. The Rogoski coil 101 is arranged, for example, on the connection line between the source terminal of the switching element 31 and the connection point N1, and detects the current flowing through the connection line. The Rogoski coil 101 is formed, for example, in the inner layer of the multilayer board in which the connection line between the source terminal of the switching element 31 and the connection point N1 is formed.

積分回路102は、リセット機能を有し、ロゴスキーコイル101から出力される出力信号を積分する。ここで、図2を参照して、積分回路102の具体的な構成について説明する。 The integrator circuit 102 has a reset function and integrates the output signal output from the Rogoski coil 101. Here, a specific configuration of the integrating circuit 102 will be described with reference to FIG.

図2は、本発明の一実施形態に係る積分回路102の一例を示す回路図である。
図2に示すように、積分回路102は、抵抗121、オペアンプ122、コンデンサ123、及びリセットスイッチ124を備えている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the integrating circuit 102 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the integrating circuit 102 includes a resistor 121, an operational amplifier 122, a capacitor 123, and a reset switch 124.

抵抗121は、ロゴスキーコイル101の一端とオペアンプ122の反転入力端子との間に接続されている。また、コンデンサ123は、オペアンプ122の反転入力端子と、オペアンプ122の出力端子との間に接続されている。 The resistor 121 is connected between one end of the Rogoski coil 101 and the inverting input terminal of the operational amplifier 122. Further, the capacitor 123 is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 122 and the output terminal of the operational amplifier 122.

オペアンプ122は、抵抗121及びコンデンサ123が接続されることにより、積分回路として機能する。オペアンプ122は、反転入力端子に抵抗121を介してロゴスキーコイル101の一端が接続され、非反転入力にロゴスキーコイル101の他端が接続されている。オペアンプ122は、ロゴスキーコイル101からの出力信号を入力信号(IN)とし、ロゴスキーコイル101の出力を積分した出力信号(OUT)を出力する。 The operational amplifier 122 functions as an integrator circuit by connecting the resistor 121 and the capacitor 123. In the operational amplifier 122, one end of the Rogoski coil 101 is connected to the inverting input terminal via a resistor 121, and the other end of the Rogoski coil 101 is connected to the non-inverting input. The operational amplifier 122 uses the output signal from the Rogoski coil 101 as an input signal (IN), and outputs an output signal (OUT) obtained by integrating the output of the Rogoski coil 101.

リセットスイッチ124は、コンデンサ123と並列に、オペアンプ122の反転入力端子と、オペアンプ122の出力端子との間に接続されている。リセットスイッチ124は、積分回路102の出力電位をリセットするスイッチであり、制御部8が出力するリセット信号S3(パルス信号)により導通状態に制御される。なお、リセットスイッチ124は、積分回路102をリセットする際に、導通状態(オン状態)に制御される。 The reset switch 124 is connected in parallel with the capacitor 123 between the inverting input terminal of the operational amplifier 122 and the output terminal of the operational amplifier 122. The reset switch 124 is a switch that resets the output potential of the integrating circuit 102, and is controlled to be in a conductive state by a reset signal S3 (pulse signal) output by the control unit 8. The reset switch 124 is controlled to a conduction state (on state) when the integration circuit 102 is reset.

積分回路102は、制御部8が出力した制御信号S1により、スイッチング素子31がオン状態に制御されると、第1の交流電流値I1の電流波形を示す第1の出力信号を演算部9に出力する。 When the switching element 31 is controlled to be in the ON state by the control signal S1 output by the control unit 8, the integrating circuit 102 sends the first output signal showing the current waveform of the first AC current value I1 to the calculation unit 9. Output.

下側用交流電流センサ11は、スイッチング素子32からインダクタ4の一端に流れる第2の交流電流値I2を計測する。以下に、下側用交流電流センサ11の具体的な構成について説明する。 The lower AC current sensor 11 measures the second AC current value I2 flowing from the switching element 32 to one end of the inductor 4. The specific configuration of the lower AC current sensor 11 will be described below.

下側用交流電流センサ11は、ロゴスキーコイル111及び積分回路112を備える。 The lower alternating current sensor 11 includes a Rogoski coil 111 and an integrating circuit 112.

ロゴスキーコイル111は、インダクタ4の一端に接続されたスイッチング素子32に流れる第2の交流電流値I2を検出する。ロゴスキーコイル111は、例えば、スイッチング素子32のドレイン端子と接続点Nとの間の接続線に配置され、当該接続線を流れる電流を検出する。このロゴスキーコイル111は、例えば、スイッチング素子32のドレイン端子と接続点Nとの間の接続線が形成された多層基板の内層に形成されている。 The Rogoski coil 111 detects a second alternating current value I2 flowing through the switching element 32 connected to one end of the inductor 4. The Rogoski coil 111 is arranged, for example, on the connection line between the drain terminal of the switching element 32 and the connection point N, and detects the current flowing through the connection line. The Rogoski coil 111 is formed, for example, in the inner layer of the multilayer board in which the connection line between the drain terminal of the switching element 32 and the connection point N is formed.

積分回路112は、リセット機能を有し、ロゴスキーコイル111から出力される出力信号を積分する。なお、積分回路112の構成は、積分回路102の構成と同一であるため、説明を省略する。 The integrator circuit 112 has a reset function and integrates an output signal output from the Rogoski coil 111. Since the configuration of the integrating circuit 112 is the same as the configuration of the integrating circuit 102, the description thereof will be omitted.

積分回路112は、制御部8が出力した制御信号S2により、スイッチング素子32がオン状態に制御されると、第2の交流電流値I2の電流波形を示す第2の出力信号を演算部9に出力する。 When the switching element 32 is controlled to be in the ON state by the control signal S2 output by the control unit 8, the integrating circuit 112 sends a second output signal indicating a current waveform of the second AC current value I2 to the calculation unit 9. Output.

第2の交流電流センサ7は、平滑コンデンサ5に流れるリップル電流値Irを計測する。以下に、第2の交流電流センサ7の具体的な構成について説明する。 The second AC current sensor 7 measures the ripple current value Ir flowing through the smoothing capacitor 5. The specific configuration of the second alternating current sensor 7 will be described below.

第2の交流電流センサ7は、ロゴスキーコイル71及び積分回路72を備える。 The second alternating current sensor 7 includes a Rogoski coil 71 and an integrator circuit 72.

ロゴスキーコイル71は、平滑コンデンサ5に流れるリップル電流値Irを検出する。ロゴスキーコイル71は、例えば、平滑コンデンサ5の一端とインダクタの他端との接続点N2とグラウンドとの間の接続線に配置され、当該接続線を流れる電流を検出する。このロゴスキーコイル71は、例えば、接続点N2とグラウンドとの間の接続線が形成された多層基板の内層に形成されている。 The Rogoski coil 71 detects the ripple current value Ir flowing through the smoothing capacitor 5. The Rogoski coil 71 is arranged, for example, on the connection line between the connection point N2 between one end of the smoothing capacitor 5 and the other end of the inductor and the ground, and detects the current flowing through the connection line. The Rogoski coil 71 is formed, for example, in the inner layer of the multilayer board in which the connection line between the connection point N2 and the ground is formed.

積分回路72は、図2に示すようなリセット機能を有してもよいし、当該リセット機能を有していなくてもよい。積分回路72は、ロゴスキーコイル71から出力される出力信号を積分することで、リップル電流値Irの電流波形を得る。そして、積分回路72は、このリップル電流値Irの電流波形を第3の出力信号として演算部9に出力する。 The integrator circuit 72 may or may not have a reset function as shown in FIG. 2. The integrator circuit 72 obtains a current waveform having a ripple current value Ir by integrating the output signal output from the Rogoski coil 71. Then, the integrating circuit 72 outputs the current waveform of the ripple current value Ir as a third output signal to the calculation unit 9.

制御部8は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などを含むプロセッサであり、演算部9が演算した出力電流値Ioに基づいて、各種制御を行う。また、制御部8は、スイッチング素子31及びスイッチング素子32のスイッチングを制御するとともに、積分回路102,112のリセット機能を制御する。制御部8は、例えば、制御信号S1によるパルス信号で、スイッチング素子31の導通状態を制御し、制御信号S2によるパルス信号で、スイッチング素子32の導通状態を制御する。また、制御部8は、積分回路102,112にリセット信号を出力することで、積分回路102,112をリセット(初期化)する。 The control unit 8 is, for example, a processor including a CPU (Central Processing Unit) and the like, and performs various controls based on the output current value Io calculated by the calculation unit 9. Further, the control unit 8 controls the switching of the switching element 31 and the switching element 32, and also controls the reset function of the integrating circuits 102 and 112. For example, the control unit 8 controls the conduction state of the switching element 31 with the pulse signal by the control signal S1, and controls the continuity state of the switching element 32 with the pulse signal by the control signal S2. Further, the control unit 8 resets (initializes) the integrating circuits 102 and 112 by outputting a reset signal to the integrating circuits 102 and 112.

演算部9は、入力電流値Iinから、リップル電流値Irを差し引くことで、スイッチング電源装置1から出力される直流電流である出力電流値Ioを算出する。以下に、本発明の一実施形態に係る演算部9の具体的な構成について、説明する。 The calculation unit 9 calculates the output current value Io, which is a direct current output from the switching power supply device 1, by subtracting the ripple current value Ir from the input current value Iin. Hereinafter, a specific configuration of the arithmetic unit 9 according to the embodiment of the present invention will be described.

演算部9は、加算回路91、減算回路92、増幅回路93、A/D変換演算処理部94を備える。 The calculation unit 9 includes an addition circuit 91, a subtraction circuit 92, an amplifier circuit 93, and an A / D conversion calculation processing unit 94.

加算回路91は、第1の交流電流値I1と第2の交流電流値I2とを加算することで入力電流値Iinを算出する。具体的には、図3に示すように、加算回路91は、積分回路102から第1の交流電流値I1の電流波形W1を取得する。また、加算回路91は、積分回路112から第2の交流電流値I2の電流波形W2を取得する。そして、入力電流値Iinは、第1の交流電流値I1と第2の交流電流値I2とから成るため、加算回路91は、電流波形W1と電流波形W2とを加算することで、入力電流値Iinの電流波形W3を算出する。入力電流値Iinの電流波形W3を取得することは、入力電流値Iinの値を取得することである。 The addition circuit 91 calculates the input current value Iin by adding the first AC current value I1 and the second AC current value I2. Specifically, as shown in FIG. 3, the addition circuit 91 acquires the current waveform W1 of the first AC current value I1 from the integration circuit 102. Further, the addition circuit 91 acquires the current waveform W2 of the second AC current value I2 from the integration circuit 112. Since the input current value Iin is composed of the first AC current value I1 and the second AC current value I2, the adder circuit 91 adds the current waveform W1 and the current waveform W2 to the input current value. The current waveform W3 of Iin is calculated. Acquiring the current waveform W3 of the input current value Iin is to acquire the value of the input current value Iin.

減算回路92は、加算回路91が算出した入力電流値Iinから、リップル電流値Irを差し引くことで、スイッチング電源装置1から出力される直流電流である出力電流値Ioを算出する。具体的には、図4に示すように、減算回路92は、積分回路72からリップル電流値Irの電流波形W4を取得する。また、減算回路92は、加算回路91から入力電流値Iinの電流波形W3を取得する。そして、入力電流値Iinは、出力電流値Ioとリップル電流値Irとから成るため、減算回路92は、電流波形W3から電流波形W4を減算することで、出力電流値Ioの電流波形W5を算出する。出力電流値Ioの電流波形W5を取得することは、出力電流値Ioの値を取得することである。 The subtraction circuit 92 calculates the output current value Io, which is a direct current output from the switching power supply device 1, by subtracting the ripple current value Ir from the input current value Iin calculated by the addition circuit 91. Specifically, as shown in FIG. 4, the subtraction circuit 92 acquires the current waveform W4 of the ripple current value Ir from the integration circuit 72. Further, the subtraction circuit 92 acquires the current waveform W3 of the input current value Iin from the addition circuit 91. Since the input current value Iin is composed of the output current value Io and the ripple current value Ir, the subtraction circuit 92 calculates the current waveform W5 of the output current value Io by subtracting the current waveform W4 from the current waveform W3. do. Acquiring the current waveform W5 of the output current value Io is to acquire the value of the output current value Io.

増幅回路93は、減算回路92で算出された出力電流値Ioの電流波形W5の信号を所定の増幅率で増幅してA/D変換演算処理部94に出力する。 The amplifier circuit 93 amplifies the signal of the current waveform W5 having the output current value Io calculated by the subtraction circuit 92 at a predetermined amplification factor, and outputs the signal to the A / D conversion calculation processing unit 94.

A/D変換演算処理部94は、増幅回路93からの出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を制御部8に出力することで、出力電流値Ioのデジタル値を制御部8に与える。 The A / D conversion calculation processing unit 94 converts an analog signal, which is an output signal from the amplifier circuit 93, into a digital signal, and outputs the converted digital signal to the control unit 8, so that the digital value of the output current value Io is digital. Is given to the control unit 8.

次に、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1の動作の流れについて、説明する。図5は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1の動作の流れを示す図である。 Next, the operation flow of the switching power supply device 1 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing an operation flow of the switching power supply device 1 according to the embodiment of the present invention.

上側用交流電流センサ10は、スイッチング素子31からインダクタ4の一端に流れる第1の交流電流値I1を計測して、計測結果を演算部9に出力する(ステップS101)。下側用交流電流センサ11は、スイッチング素子32からインダクタ4の一端に流れる第2の交流電流値I2を計測して、計測結果を演算部9に出力する(ステップS102)。 The upper AC current sensor 10 measures the first AC current value I1 flowing from the switching element 31 to one end of the inductor 4, and outputs the measurement result to the calculation unit 9 (step S101). The lower AC current sensor 11 measures the second AC current value I2 flowing from the switching element 32 to one end of the inductor 4, and outputs the measurement result to the calculation unit 9 (step S102).

第2の交流電流センサ7は、平滑コンデンサ5に流れるリップル電流値Irを計測して、計測結果を演算部9に出力する(ステップS103)。 The second AC current sensor 7 measures the ripple current value Ir flowing through the smoothing capacitor 5 and outputs the measurement result to the calculation unit 9 (step S103).

演算部9は、上側用交流電流センサ10で計測された第1の交流電流値I1と、第2の交流電流センサ7で計測された第2の交流電流値I2とを加算することで入力電流値Iinを算出する(ステップS104)。次に、演算部9は、算出した入力電流値Iinに対して、第2の交流電流センサ7で計測されたリップル電流値Irを差し引くことで、スイッチング電源装置1から出力される出力電流Ioを算出する(ステップ105)。そして、演算部9は、算出した出力電流値Ioをデジタル信号に変換して、制御部8に出力する(ステップS106)。 The calculation unit 9 adds the first AC current value I1 measured by the upper AC current sensor 10 and the second AC current value I2 measured by the second AC current sensor 7 to input current. The value Iin is calculated (step S104). Next, the calculation unit 9 subtracts the ripple current value Ir measured by the second AC current sensor 7 from the calculated input current value Iin to obtain the output current Io output from the switching power supply device 1. Calculate (step 105). Then, the calculation unit 9 converts the calculated output current value Io into a digital signal and outputs it to the control unit 8 (step S106).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

上記実施形態では、スイッチング電源装置1が降圧型のスイッチングレギュレータである場合の一例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、昇圧型のスイッチングレギュレータ、DC/DCコンバータであってもよい。 In the above embodiment, an example of the case where the switching power supply device 1 is a step-down type switching regulator has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, a step-up type switching regulator or a DC / DC converter may be used. good.

また、上述の演算部9は、内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した演算部9の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 Further, the above-mentioned arithmetic unit 9 may have a computer system inside. The processing process of the arithmetic unit 9 described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the processing is performed by the computer reading and executing this program. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Further, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer receiving the distribution may execute the program.

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1は、入力電流値Iinを計測する第1の交流電流センサ6と、平滑コンデンサ5に流れるリップル電流値Irを計測する第2の交流電流センサ7と、第1の交流電流センサ6で計測された入力電流値Iinから、第2の交流電流センサ7で計測されたリップル電流値Irを差し引くことで、スイッチング電源装置1から出力される直流電流値(出力電流値Io)を算出する演算部9と、を備える。 As described above, the switching power supply device 1 according to the embodiment of the present invention measures the first AC current sensor 6 for measuring the input current value Iin and the ripple current value Ir flowing through the smoothing capacitor 5. By subtracting the ripple current value Ir measured by the second AC current sensor 7 from the input current value Iin measured by the AC current sensor 7 of 2 and the first AC current sensor 6, the switching power supply device 1 can be used. A calculation unit 9 for calculating an output DC current value (output current value Io) is provided.

このような構成によれば、シャント抵抗を用いることなく、直流電流を検出することができる。すなわち、スイッチング電源装置1は、電力損失を発生させることなく、出力電流値Ioを検出することができる。 According to such a configuration, the direct current can be detected without using the shunt resistor. That is, the switching power supply device 1 can detect the output current value Io without causing a power loss.

また、演算部9は、ロゴスキーコイルを用いて、インダクタ4の一端に接続されたスイッチング素子31に流れる第1の交流電流値I1とスイッチング素子32からインダクタ4の一端に流れる第2の交流電流値I2とを計測して、その計測した第1の交流電流値I1と第2の交流電流値I2とを加算することで入力電流値Iinを算出する。 Further, the arithmetic unit 9 uses a Rogowski coil to obtain a first alternating current value I1 flowing through the switching element 31 connected to one end of the inductor 4, and a second alternating current flowing from the switching element 32 to one end of the inductor 4. The input current value Iin is calculated by measuring the value I2 and adding the measured first alternating current value I1 and the second alternating current value I2.

このような構成によれば、シャント抵抗を用いずに入力電流値Iinを検出することができる。すなわち、スイッチング電源装置1は、電力損失を発生させることなく、入力電流値Iinを検出することができる。 According to such a configuration, the input current value Iin can be detected without using the shunt resistance. That is, the switching power supply device 1 can detect the input current value Iin without causing a power loss.

1 スイッチング電源装置
2 直流電源
3 スイッチング素子
4 インダクタ
5 平滑コンデンサ
6 第1の交流電流センサ
7 第2の交流電流センサ
8 制御部
9 演算部
10 上側用交流電流センサ
11 下側用交流電流センサ
91 加算回路
92 減算回路
93 増幅回路
94 A/D変換演算処理部
71,101,111 ロゴスキーコイル
72,102,112 積分回路
1 Switching power supply device 2 DC power supply 3 Switching element 4 inductor 5 Smoothing capacitor 6 First AC current sensor 7 Second AC current sensor 8 Control unit 9 Calculation unit 10 Upper AC current sensor 11 Lower AC current sensor 91 Addition Circuit 92 Subtraction circuit 93 Amplifier circuit 94 A / D conversion calculation processing unit 71, 101, 111 Logoski coil 72, 102, 112 Integrator circuit

Claims (3)

互いに直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子を有し、直流電源に接続されたスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端とグランドとの間に接続される平滑コンデンサと、
前記第1のスイッチング素子から前記インダクタの一端に流れる第1の交流電流値を計測する上側用交流電流センサと、前記第2のスイッチング素子から前記インダクタの一端に流れる第2の交流電流値を計測する下側用交流電流センサとを有する第1の交流電流センサと、
前記平滑コンデンサに流れるリップル電流値を計測する第2の交流電流センサと、
前記第1の交流電流値と前記第2の交流電流値とを加算することで前記直流電源から前記インダクタに流れる入力電流値を算出する加算回路と、
前記入力電流値から、前記リップル電流値を差し引くことで、前記平滑コンデンサから出力される直流電流値を算出する演算部と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
A switching element having a first switching element and a second switching element connected in series with each other and connected to a DC power supply ,
An inductor in which one end is connected between the first switching element and the second switching element,
A smoothing capacitor connected between the other end of the inductor and ground,
An upper AC current sensor that measures the first AC current value that flows from the first switching element to one end of the inductor, and a second AC current value that measures the second AC current value that flows from the second switching element to one end of the inductor. A first alternating current sensor with a lower alternating current sensor and
A second AC current sensor that measures the ripple current value flowing through the smoothing capacitor, and
An adder circuit that calculates the input current value flowing from the DC power supply to the inductor by adding the first AC current value and the second AC current value.
A calculation unit that calculates the DC current value output from the smoothing capacitor by subtracting the ripple current value from the input current value.
A switching power supply characterized by being equipped with.
前記第1の交流電流センサと前記第2の交流電流センサとは、それぞれロゴスキーコイルと前記ロゴスキーコイルからの出力信号を積分する積分回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The first aspect of claim 1 is characterized in that the first alternating current sensor and the second alternating current sensor are provided with a Rogowski coil and an integrating circuit that integrates an output signal from the Rogowski coil, respectively. Switching power supply. 前記ロゴスキーコイルは、多層基板の内層に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 2 , wherein the Rogoski coil is formed in an inner layer of a multilayer substrate.
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