JPWO2015136746A1 - 電源装置及び電源装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

スイッチング電源に発生するノイズ問題の解決のため、共通の一次側電源（Ｖｉｎ）から電力供給を受ける複数のスイッチング電源（ＰＯＷ１乃至ｎ）と、スイッチング電源（ＰＯＷ１乃至ｎ）の動作を制御する制御部（１４０）と、を有し、制御部（１４０）は、スイッチング電源（ＰＯＷ１乃至ｎ）各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号（Ｓｔ１乃至ｎ）を入力し、スイッチング電源（ＰＯＷ１乃至ｎ）は、制御信号（Ｓｔ１乃至ｎ）に従ったタイミングでスイッチング素子をＯＮにして、一次側電源（Ｖｉｎ）から電流を引き込み、第１のスイッチング電源（ＰＯＷ１）に入力される第１の制御信号（Ｓｔ１）と、第２のスイッチング電源（ＰＯＷ２）に入力される第２の制御信号（Ｓｔ２）とは、第１のスイッチング電源（ＰＯＷ１）のスイッチング素子と、第２のスイッチング電源（ＰＯＷ２）のスイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置が提供される。

Description

本発明は、電源装置及び電源装置の動作方法に関する。

デジタルコヒーレント方式に代表される変調方式の高機能化・複雑化にともない、光トランシーバ製品全体の消費電流は年とともに急激に増大してきており、消費電力が従来の光トランシーバ製品の１０倍以上になることもある。

また、コアとなる変復調ＬＳＩ（Large Scale Integration）の電源電圧の低電圧化により、変復調ＬＳＩの電源を生成するスイッチング電源に至っては二次側の出力電流が数１０Ａになることも珍しくなく、負荷急変に伴う消費電流の過渡状態においてはさらにその１．５倍以上に達する事もある。

さらに、変復調ＬＳＩのようなコア部品に限らず、半導体部品全般の低電圧化が進んでおり、光トランシーバ外部から供給される電源をそのまま使用することができず、製品内に複数のスイッチング電源を搭載し、各種電圧の電源を生成することが必須となってきている。なお、最近では１０種類以上の電圧をトランシーバ内部で生成することも珍しくない。

特許文献１には、無負荷時においてハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの接続点の電圧の立ち上がり速度を抑えてノイズの発生を抑えるとともに、高負荷時でのセルフターンオンを抑制することができるスイッチング電源回路が開示されている。当該スイッチング電源回路は、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとを備えた同期整流型のスイッチング電源回路である。そして、当該スイッチング電源回路は、ローサイドスイッチの制御端子から電荷を引き抜く引き抜き部を備え、引き抜き部が引き抜きを開始してから所定時間経過後に、引き抜き部は引き抜き能力を２倍よりも高くする。

特許文献２には、低周波のビートノイズの発生を防止する同期運転の機能を備え、電源システムの形態に対応できる汎用性を備えたスイッチング電源装置が開示されている。当該スイッチング電源装置は、主スイッチング素子とそのオンタイミングを決定するスイッチング素子制御回路を有する電力変換部と、同期運転制御回路とから成る。同期運転制御回路は、外部入力用の動作モード設定信号入力端子と、システムクロック信号を分周数ｎで分周した同期クロック信号Ｓｂが入力される同期クロック信号入力端子を備える。所定周波数の発振クロック信号を出力する発振回路と、同期クロック信号Ｓｂ又は発振クロック信号を出力する選択回路と、その出力信号をｎ逓倍したシステムクロック信号を出力する周波数逓倍回路を備える。システムクロック信号をｍ分周した駆動クロック信号を生成する第１分周回路３６を備える。

特開２０１２−４４８３６号公報 特開２０１２−１５１９３７号公報

スイッチング電源の二次側出力については各スイッチング電源によって最適に制御されるため安定しているが、一次側入力に発生するノイズは放置されることが多い。その結果、光トランシーバに入力される電源にはトランシーバ内部に実装された複数のスイッチング電源に起因するスイッチングノイズが大量に重畳し、同一電源を使用する周辺部品に悪影響を及ぼす問題もしばしば起きている。

ここで、図７及び図８の参考図を用いて本発明の課題を説明する。図７は構成例、図８は図７の構成における動作波形を示している。通常はもっと多くのスイッチング電源が搭載されるが、ここでは簡単のためにスイッチング電源の数を３つとしている。

図７には、同じ一次側電源Ｖｉｎ（２０１）を使用する３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）が示されている。図８のＳＷ１乃至３は、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）各々のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチング波形（一次側電源Ｖｉｎ（２０１）から電流を引き込むタイミングを示す波形）である。Ｉｉｎ（２０２）は一次側電源Ｖｉｎ（２０１）に流れる電流、つまり３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）が一次側電源Ｖｉｎ（２０１）から引き込む電流の合計を示している。

３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）のスイッチング素子のＯＮ状態が重なる部分（たとえば、図８の３００の部分）では、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）が同時に一次側電源Ｖｉｎ（２０１）から電流を引き込むため、瞬時的に極大な電流が流れる（３０１の部分）。結果として、一次側電源（電圧）Ｖｉｎ（２０１）に発生するノイズも極大となる（３０２の部分）。なお、一般的なスイッチング電源では、スイッチング素子がＯＮとなっている時間に比例して電流量が増大してゆく。

また、変復調ＬＳＩなどのスタートアップ時のように、二次側の電流が急激に増大する負荷急変時には、この図に示すよりもさらに大きな電流変動（∝一次側電源ノイズ）が発生してしまう。

スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（２１０乃至２１２）各々は、スイッチングのタイミングだけでなくスイッチング周波数も異なるため（ＳＷ１乃至３参照）、一次側電圧Ｖｉｎ（２０１）、及び、一次側電流Ｉｉｎ（２０２）に発生するノイズには規則性が無く、広い周波数成分を持ってしまう。このように広い周波数範囲をカバーするノイズフィルタを作る事は困難であるため、フィルタで落としきれないノイズが大量に残留してしまう。

本発明は、スイッチング電源に発生するノイズの問題を解決する新たな手段を提供することを課題とする。

本発明によれば、
共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源と、
前記複数のスイッチング電源の動作を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、
前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置が提供される。

また、本発明によれば、
コンピュータが、
共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源の動作を制御する制御工程を実行し、
前記制御工程では、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置の制御方法が提供される。

本発明によれば、スイッチング電源に発生するノイズの問題を解決する新たな手段が実現される。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本実施形態の電源装置の機能ブロック図の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の機能ブロック図の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の動作波形の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の機能ブロック図の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の動作波形の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の機能ブロック図の一例を示す図である。 参考例の電源装置の機能ブロック図の一例を示す図である。 参考例の電源装置の動作波形の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態の電源装置は、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされたプログラム（あらかじめ装置を出荷する段階からメモリ内に格納されているプログラムのほか、ＣＤ（Compact Disc）等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムも含む）、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェイスを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。

なお、以下の実施形態の説明において利用する機能ブロック図は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。これらの図においては、各装置は１つの機器により実現されるよう記載されているが、その実現手段はこれに限定されない。すなわち、物理的に分かれた構成であっても、論理的に分かれた構成であっても構わない。

＜第１の実施形態＞
まず、本実施形態の電源装置の概念について説明する。本実施形態の電源装置は、マイコン、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで構成される制御部を使用して、共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源を同期動作させる。この同期動作により、スイッチング電源に発生するノイズの問題を軽減する。

本実施形態の電源装置の構成の一例を図１に示す。本実施形態の電源装置は、例えば光トランシーバ製品に搭載される。

図１に示すように、本実施形態の電源装置は、共通の一次側電源Ｖｉｎ（１０１）から電力供給を受ける複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）を有する。なお、ｎは２以上の整数である。スイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々の二次側出力電圧は、Ｖ１乃至ｎ（１２１乃至１２９）で示される。二次側出力電圧Ｖ１乃至ｎ（１２１乃至１２９）は、各々異なる負荷（不図示）に入力される。

スイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータや、ＡＣ−ＤＣコンバータなどで構成される。以下では、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）がＤＣ−ＤＣコンバータであるものとして説明する。スイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）をＤＣ−ＤＣコンバータからＡＣ−ＤＣコンバータに置き換えた場合、入力電圧・電流が交流波形になる点で異なるが、本実施形態の電源装置の動作は同じである。

複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々には、スイッチング素子をＯＮにするタイミングを示した制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）が入力される。複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）は、入力された制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）に従ったタイミングでスイッチング素子をＯＮにして、一次側電源Ｖｉｎ（１０１）から電流を引き込む。例えば、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）は、制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）に従った所定のタイミングでスイッチング素子をＯＮにし、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を発生させて、電力変換を行う。

本実施形態の場合、この制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を個別に調整（スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミングをずらす、スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミングの周期を変更する等）することで、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）がスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるタイミング等を個別に調整することができる。

制御部（１４０）は、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）の動作を制御する。具体的には、制御部（１４０）は、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々に、上述した制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）各々を入力する。制御部（１４０）は、制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を個別に調整（スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミングをずらす、スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミングの周期を変更する等）し、調整後の制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）に入力することができる。

例えば、制御部（１４０）は、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子と、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）のスイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）に入力される第１の制御信号Ｓｔ１と、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）に入力される第２の制御信号Ｓｔ２とを調整してもよい。

また、制御部（１４０）は、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子と、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）のスイッチング素子とが同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わらないように、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）に入力される第１の制御信号Ｓｔ１と、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）に入力される第２の制御信号Ｓｔ２とを調整してもよい。

当該調整は、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々がスイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えた後、ＯＮ状態を維持する時間を把握することで、可能である。例えば、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）がＯＮ状態を維持する時間がｔ１秒であり、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）がＯＮ状態を維持する時間がｔ２秒（ｔ１＞ｔ２））である場合、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子をＯＮにしてから（ｔ１−ｔ２）秒後に第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１１）のスイッチング素子をＯＮにすると、これらのスイッチング素子は同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わってしまう。そこで、制御部（１４０）は、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子をＯＮにしてから（ｔ１−ｔ２）秒後以外のタイミングで第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１１）のスイッチング素子をＯＮにするよう第１の制御信号Ｓｔ１及び第２の制御信号Ｓｔ２を調整する。

なお、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々がスイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えた後、ＯＮ状態を維持する時間を制御部（１４０）が把握する手段は特段制限されない。例えば、制御部（１４０）は、光受信部から取得される主信号の状態を監視するためのＭｏｎ（モニタ）信号（１５１）に基づいて当該時間を推定（所定の時間からの増加及び減少を推定）してもよい。例えば、Ｍｏｎ信号（１５１）は受光パワー（光トランシーバ―に入力される光信号の強さ）を示すデータであり、制御部（１４０）は当該Ｍｏｎ信号（１５１）をあるしきい値をもって監視し、そのしきい値を超えると光受信部＋変復調部の電力消費量が一定量増加すると予測できる。「電力消費量増加＝電流消費量 ∝ 当該ＰＯＷ（ＤＣ−ＤＣコンバータ)のＯＮ時間増加」が成り立つ。なお、一般的なトランシーバであれば、復調回路が動き出すことによる電力消費の増加量はほとんどバラつくことがない（ほぼ一定量増える）。

その他、制御部（１４０）は、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子と、第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１２）のスイッチング素子とが同時にＯＮにならないように、第１の制御信号と第２の制御信号とを調整してもよい。当該調整は、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至ｎ（１１１乃至１１９）各々がスイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えた後、ＯＮ状態を維持する時間を把握することで、可能である。例えば、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）がＯＮ状態を維持する時間がｔ１秒である場合、制御部（１４０）は、第１のスイッチング電源ＰＯＷ１（１１１）のスイッチング素子をＯＮにしてからｔ１秒以内に第２のスイッチング電源ＰＯＷ２（１１１）のスイッチング素子をＯＮにしないよう、第１の制御信号Ｓｔ１及び第２の制御信号Ｓｔ２を調整する。

なお、制御部（１４０）にはＡＬＭ（アラーム）信号（１５０）が入力されてもよい。そして、制御部（１４０）は、ＡＬＭ信号（１５０）に基づいて、制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を調整してもよい。この構成については、以下の実施形態で説明する。

ここで、図２及び３を用いて、制御部（１４０）が複数の制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を調整する処理の一例について説明する。

図２は、本実施形態の電源装置の構成の一例を示す。図では、説明を簡単にするため、３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４３１乃至４３３）を有する場合を示している。図３は図２の構成における動作波形を示している。ここでは、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４３１乃至４３３）に接続された負荷の急峻な変化がない定常状態における動作を説明する。

図２に示すように、制御部（４５０）は３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４３１乃至４３３）各々に対して、制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）各々を入力する。複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）は、制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）に従った所定のタイミングでスイッチング素子をＯＮにし、ＰＷＭ信号を発生させて、電力変換を行う。

図３に、制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）各々の波形、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）各々のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態（ＳＷ１乃至３）、一次側Ｉｉｎ（４０２）の波形、及び、一次側Ｖｉｎ（４０１）の波形を示している。

図示する制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）は、２値（例：０及び１）のいずれかを示す時系列なデータである。制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）は、この２値により、スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミング及びその周期を示している。図に示す例の場合、値が０から１に切り替わったタイミングが、スイッチング素子をＯＦＦからＯＮに切り替えるタイミングを示している。ＳＷ１乃至３各々を観察すれば、制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）各々の値が０から１に切り替わったタイミングで、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４３１乃至４３３）各々のスイッチング素子がＯＦＦからＯＮに切り替わっていることが分かる。スイッチング素子のＯＮ状態は、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４３１乃至４３３）毎に定められた所定の時間継続され、その後、ＯＦＦ状態に変化する。

制御部（４５０）は、図３に示すように、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）のスイッチング素子が同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整された（値が０から１に切り替わるタイミングが互いに異なるように調整された）制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）を、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）各々に入力する。

なお、図３に示す制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）は、さらに、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）のスイッチング素子が同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わらないように調整されている。さらに、図３に示す制御信号Ｓｔ１乃至３（４４１乃至４４３）は、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）のスイッチング素子が同時にＯＮにならないように調整されている。

このように、本実施形態によれば、図３のＳＷ１乃至３に示すように、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）が一次側電源Ｖｉｎ４０１から電流Ｉｉｎ４０２を引き込むタイミングを分散させ、一次側に発生する電流ノイズを抑制することができる。

また、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（４４１乃至４４３）を同期させて動かすことで、発生するノイズに含まれる周波数成分が固定される（ランダムに広がらない。固定波形に近くなる。図３のＩｉｎ（４０２）、Ｖｉｎ（４０１）参照）。このため、平滑回路＆電源ノイズフィルタでノイズが落としやすくなる。

なお、スイッチング電源のＯＮ／ＯＦＦの位相制御は、予め制御部（４５０）に設定されていてもよい。

＜第２の実施形態＞
本実施形態の電源装置は、複数のスイッチング電源各々から電力供給を受ける複数の負荷各々の稼動状態を判別し、把握した稼動状態に基づいて制御信号を調整する点で、第１の実施形態と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態の電源装置の構成の一例は、第１の実施形態と同様図１で示される。

ここで、図４及び５を用いて、図１に示す制御部（１４０）が複数の制御信号Ｓｔ１乃至ｎ（１３１乃至１３９）を調整する処理の一例について説明する。

図４は、本実施形態の電源装置の構成の一例を示す。図では、説明を簡単にするため、３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）を有する場合を示している。図５は図４の構成における動作波形を示している。ここでは、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）に接続された負荷の急峻な変化があった場合の動作を説明する。

図４に示すように、制御部（６５１）は３つのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）各々に対して、制御信号Ｓｔ１乃至３（６３１乃至６３３）各々を入力する。複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）は、制御信号Ｓｔ１乃至３（６３１乃至６３３）に従った所定のタイミングでスイッチング素子をＯＮにし、ＰＷＭ信号を発生させて、電力変換を行う。

図４に示すように、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）が変復調ＬＳＩ（６４１）の電源になる。スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）から電力供給を受ける負荷、例えば変復調ＬＳＩ（６４１）は、主信号の非導通状態（７０１）及び導通状態（７０４）を示すＡＬＭ信号（６６１）を生成し、制御部（６５１）に入力する。制御部（６５１）は、負荷から入力されたＡＬＭ信号に基づいて、各スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）に入力する制御信号Ｓｔ１乃至３（６３１乃至６３３）を調整する。例えば、制御部（６５１）は、変復調ＬＳＩ（６４１）から入力されたＡＬＭ信号（６６１）に基づいて、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）に入力する制御信号Ｓｔ２（６３２）を調整する。

導通状態とは、負荷に信号が入力され、負荷が動作している状態を意味する。例えば、変復調ＬＳＩ（６４１）に復調可能な信号が入力され、変復調ＬＳＩが正常に復調処理を行っている状態である。当該状態の時、負荷の消費電流は最大になる。一方、非導通状態とは、負荷に信号が入力されておらず、負荷が動作していない状態を意味する。例えば、変復調ＬＳＩ（６４１）に復調可能な信号が入力されておらず、変復調ＬＳＩが復調処理を行っていない状態である。当該状態の時、負荷の消費電流は最小になる。

負荷が導通状態及び非導通状態を示すＡＬＭ信号を生成し、制御部（６５１）に入力する処理は、従来技術に準じて実現できる。なお、制御部（６５１）は、例えば以下のような手段で、負荷と、当該負荷に電力供給するスイッチング電源との対応関係を把握することができる。一般的な光トランシーバの場合、変復調ＬＳＩ（６４１）の電源電圧Ｖ２（６２２）は、一般的に用いられないような特殊電圧であることが多く、必然的に変復調ＬＳＩ（６４１）電源供給専用のスイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）が必要となる。また、各構成要素・ＬＳＩ等の電源投入順序の制限等もあり、電流消費量の大きな負荷ごとにその負荷専用のスイッチング電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を実装するのが普通である。このような場合、負荷と、当該負荷に電力供給するスイッチング電源との対応関係は予め定まるので、制御部（６５１）にその情報を保持させておいてもよい。この場合、その負荷からのＡＬＭ信号＝電流消費増加と関係付けてよいことがほとんどである。なお、１つのスイッチング電源から電流消費量が大きな複数のブロックに電源供給する場合は、ブロックごとにＡＬＭ信号を生成し、制御部（６５１）に入力するようにすることで、同様な処理が可能となる。

制御部（６５１）は、負荷の状態が導通状態及び非導通状態のいずれであるか判別し、判別結果に応じて、当該負荷に電力を供給するスイッチング電源に入力する制御信号を調整する。具体的には、制御部（６５１）は、導通状態時におけるスイッチング素子のＯＦＦからＯＮへの切り替わりの周波数よりも、非導通状態時の当該周波数の方が大きくなるように制御信号を調整する。スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）は周波数の変化（増加又は減少）を検知すると、当該周波数の変化に応じて、スイッチング素子をＯＮにする継続時間（ＳＷ２のパルス幅）を変化（小さくする又は大きくする）させる。

例えば、制御部（６５１）は、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）毎に、導通状態時の周波数及び非導通状態時の周波数を示す情報を予め保持しておいてもよい。また、複数のスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）各々は、導通状態時においてスイッチング素子をＯＮにする継続時間、及び、非導通状態時においてスイッチング素子をＯＮにする継続時間を示す情報を予め保持しておいてもよい。そして、制御部（６５１）及びスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）は、これらの情報に基づいて上述した処理を行ってもよい。

図５に、制御信号Ｓｔ１乃至３（６３１乃至６３３）各々の波形、スイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）各々のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態（ＳＷ１乃至３）、ＡＬＭ信号（１＝非導通状態、０＝導通状態）、スイッチング電源ＰＯＷ２（６６１）の二次側出力電流Ｉ２（６２４）の波形、Ｉｉｎ（６０２）の波形、及び、Ｖｉｎ（６０１）の波形を示している。

ＡＬＭ信号（６６１）の具体例としてはＬＯＳ（Loss of Signal）、ＬＯＦ（Loss Of Frame）など主信号の導通・非導通を明示する信号が考えられる。ＡＬＭ信号（６６１）は変復調ＬＳＩ６４１の主信号が導通しているときにＬｏｗレベル（７０４）となり、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）の二次側電流Ｉ２（６２４）が最大となる。逆に、主信号が導通していないときにはＡＬＭ信号（６６１）はＨｉｇｈレベル（７０１）となり、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）の二次側電流Ｉ２（６２４）が最低になると仮定する。

変復調ＬＳＩの主信号の非導通状態（７０１）と導通状態（７０４）では、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）の二次側出力電流Ｉ２（６２４）に数１０Ａの電流差が発生する（７３１時と７３２時の差が数１０Ａ）。また、信号導通開始するとき（７１０）には、変復調ＬＳＩ（６４１）の内部回路が一斉にスタートアップ処理を行う（負荷急変）。この負荷急変により、消費電流は瞬間的に大きくなり、安定した導通状態（７３２）時の消費電流の１．５倍以上になりうる（７３３）。

制御部（６５１）は、ＡＬＭ信号（６６１）を監視し、非導通状態（７０１）の場合には今後負荷急変による電流引き込みが発生しうるため、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）のスイッチング周波数（ＯＦＦからＯＮに切り替える周波数）を、導通状態（７０４）時の周波数のＭ倍（Ｍは１以上）に変化させる（７０２）。なお、図５では、Ｍ＝２となっている。そして、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）は周波数の増加を検知すると、当該周波数の変化に応じて、スイッチング素子をＯＮにする継続時間（ＳＷ２のパルス幅）を小さくする（例：Ｍ分の１倍）。なお、図５では、ＳＷ２のパルスは２分の１となっている。上述の通り、導通状態（７０４）時及び非導通状態（７０１）時のスイッチング周波数及びスイッチング素子をＯＮにする継続時間は、予め定められており、制御部（６５１）及びスイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）はこれに従って上記処理を行ってもよい。

ＡＬＭ信号（６６１）がＨｉｇｈのとき（７０１）、つまり信号が非導通状態である場合は、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）の二次側電流Ｉ２（６２４）は最低になっていると考えられる。つまり、この後、信号導通開始時の変復調ＬＳＩ（６４１）の内部回路のスタートアップによりスイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）の二次側電流Ｉ２（６２４）が最大値に向かって急激に増大することがあると予測される。そのため、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）のスイッチング周波数を増大させて（７０２）、負荷急変への反応速度を上げると共にスイッチング１回あたりの電流吸い込みを低減させる。

スイッチング周波数がＭ倍（Ｍは１以上）になることで、スイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）と他のスイッチング電源ＰＯＷ１及び３（６１１及び６１３）とのスイッチングタイミングが重なってしまうことも考えられるが（例：７０３）、スイッチング周波数を増加（例：２倍）にすると、１回のスイッチングによる電流引き込み量を減らす（例：２分の１）ことができるため、従来の構成ほど大きな問題とはならない。ただし、一般的にスイッチング周波数が上がると電力変換効率は若干落ちる傾向があるため消費電力は増大する。つまり、一時的に電力変換効率（消費電力）を犠牲にして高速追従性（高スルーレート）と一次側Ｖｉｎ（６０１）に発生する電源ノイズの抑圧を行う。負荷急変後、負荷電流が定常状態に入ったところ（７２０）でスイッチング周波数を元に戻すことで、電力変換効率が最高になるようにする。

なお、図５において、ＡＬＭ信号（６６１）がＨｉｇｈのとき（７０１）に負荷電流Ｉ２（６２４）が立ち上がっている（７１０）のは、光入力信号を受信し変復調ＬＳＩ（６４１）が起動したことを示している。このため、ＳＷ２のパルス幅もこのタイミングで一時的に太くなっている（７３３直後）。その後、消費電流Ｉ２（６２４）は定常状態に収束（７１０→７３３→７３２）する。これに伴い、ＳＷ２のパルスも細くなる（変化前の状態の戻る）。ただし、変復調ＬＳＩ（６４１）が起動しても、動作が安定するまで、ＡＬＭ信号（６６１）はＨｉｇｈレベル（７０１）を維持するため、ＡＬＭ信号（６６１）がＬｏｗレベル（７０４）になるまで、スイッチング周波数は高い状態を維持する。そして、ＡＬＭ信号（６６１）がＬｏｗレベル（７０４）になると、制御信号Ｓｔ２の周波数は小さくなり（７２０）、ＳＷ２のパルス幅は大きくなる。

なお、動作を簡単にするため、変復調ＬＳＩ（６４１）が非導通状態の時、当該変復調ＬＳＩ（６４１）に電力を供給するスイッチング電源ＰＯＷ２（６１２）だけでなく、全てのスイッチング電源ＰＯＷ１乃至３（６１１乃至６１３）の周波数を一律に変化させてもよい（電力変換効率低下による消費電力増加との兼ね合いとなる）。

＜変形例＞
以下、図６を用いて、第１及び第２の実施形態の変形例について説明する。

制御部（８４０）はタイミングや周波数の基準となる制御信号だけを出すのではなく、直接、スイッチング信号（ＰＷＭ信号）を送出し、スイッチング電源の制御を行う構成も考えられる。各出力電圧Ｖ１乃至ｎ（８２０乃至８２９）をＡＤコンバータ（ＡＤＣ）（８６０）でモニタし、モニタリングの結果を制御部（８４０）で収集する。制御部（８４０）でディジタルＰＩＤなどの制御演算を行い、スイッチング信号ＳＷ１乃至ＳＷｎ（ＰＷＭ信号）（８３０乃至８３９）を生成する。その他の動作は第１及び第２の実施形態と同様である。

以下、参考形態の例を付記する。
１． 共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源と、
前記複数のスイッチング電源の動作を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、
前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置。
２． １に記載の電源装置において、
前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わらないように調整されている電源装置。
３． １または２に記載の電源装置において、
前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同時にＯＮにならないように調整されている電源装置。
４． １から３のいずれかに記載の電源装置において、
前記制御手段は、前記複数のスイッチング電源各々から電力供給を受ける複数の負荷各々の稼動状態を判別し、把握した前記稼動状態に基づいて前記制御信号を調整する電源装置。
５． ４に記載の電源装置において、
前記制御手段は、前記負荷の状態が導通状態及び非導通状態のいずれであるか判別し、判別結果に応じて、前記負荷に電力を供給する前記スイッチング電源に入力する前記制御信号を調整する電源装置。
６． ５に記載の電源装置において、
前記制御手段は、前記導通状態時における前記スイッチング素子のＯＦＦからＯＮへの切り替わりの周波数よりも、前記非導通状態時の前記周波数の方が大きくなるように前記制御信号を調整する電源装置。
７． コンピュータが、
共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源の動作を制御する制御工程を実行し、
前記制御工程では、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置の制御方法。
７−２． ７に記載の電源装置の制御方法において、
前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わらないように調整されている電源装置の制御方法。
７−３． ７または７−２に記載の電源装置の制御方法において、
前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同時にＯＮにならないように調整されている電源装置の制御方法。
７−４． ７から７−３のいずれかに記載の電源装置の制御方法において、
前記制御工程では、前記複数のスイッチング電源各々から電力供給を受ける複数の負荷各々の稼動状態を判別し、把握した前記稼動状態に基づいて前記制御信号を調整する電源装置の制御方法。
７−５． ７−４に記載の電源装置の制御方法において、
前記制御工程では、前記負荷の状態が導通状態及び非導通状態のいずれであるか判別し、判別結果に応じて、前記負荷に電力を供給する前記スイッチング電源に入力する前記制御信号を調整する電源装置の制御方法。
７−６． ７−５に記載の電源装置の制御方法において、
前記制御工程では、前記導通状態時における前記スイッチング素子のＯＦＦからＯＮへの切り替わりの周波数よりも、前記非導通状態時の前記周波数の方が大きくなるように前記制御信号を調整する電源装置の制御方法。

この出願は、２０１４年３月１２日に出願された日本出願特願２０１４−０４８９９９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (7)

1. 共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源と、
   前記複数のスイッチング電源の動作を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、
   前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
   第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＮからＯＦＦに切り替わらないように調整されている電源装置。
3. 請求項１または２に記載の電源装置において、
   前記第１の制御信号と、前記第２の制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同時にＯＮにならないように調整されている電源装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置において、
   前記制御手段は、前記複数のスイッチング電源各々から電力供給を受ける複数の負荷各々の稼動状態を判別し、把握した前記稼動状態に基づいて前記制御信号を調整する電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置において、
   前記制御手段は、前記負荷の状態が導通状態及び非導通状態のいずれであるか判別し、判別結果に応じて、前記負荷に電力を供給する前記スイッチング電源に入力する前記制御信号を調整する電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置において、
   前記制御手段は、前記導通状態時における前記スイッチング素子のＯＦＦからＯＮへの切り替わりの周波数よりも、前記非導通状態時の前記周波数の方が大きくなるように前記制御信号を調整する電源装置。
7. コンピュータが、
   共通の一次側電源から電力供給を受ける複数のスイッチング電源の動作を制御する制御工程を実行し、
   前記制御工程では、前記複数のスイッチング電源各々に、スイッチング素子をＯＮするタイミングを示した制御信号を入力し、前記複数のスイッチング電源は、前記制御信号に従ったタイミングで前記スイッチング素子をＯＮにして、前記一次側電源から電流を引き込み、
   第１の前記スイッチング電源に入力される第１の前記制御信号と、第２の前記スイッチング電源に入力される第２の前記制御信号とは、前記第１のスイッチング電源の前記スイッチング素子と、前記第２のスイッチング電源の前記スイッチング素子とが同じタイミングでＯＦＦからＯＮに切り替わらないように調整されている電源装置の制御方法。

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