WO2019097967A1 - 電源装置及び制御装置 - Google Patents

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resonant converter
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茜 趙
貴志 兵頭
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device including an LC resonant converter, and a control device for controlling the LC resonant converter.
  • a DC / DC converter called an LLC DC / DC converter, an LLC resonant converter or the like (hereinafter referred to as an LLC converter; see Non-Patent Document 1) is known.
  • the LLC converter is an LLC resonant circuit composed of a transformer leakage inductance and an excitation inductance and a capacitor, a signal generation circuit (half bridge circuit etc.) generating a square wave voltage signal supplied to the LLC resonant circuit, and an output of the transformer Is a DC / DC converter provided with a rectifier circuit for rectifying
  • the existing control for the LLC converter is that the LLC converter has a non-linear gain characteristic, so depending on the operating conditions such as the input voltage, output current and output voltage of the LLC converter, the output voltage is relatively large at load fluctuation It has become a fluctuation.
  • the existing control for an LCC converter having non-linear gain characteristics similarly causes a relatively large fluctuation in output voltage at the time of load fluctuation, depending on the operating conditions such as the input voltage, output current and output voltage of the LCC converter It has become a
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a technology capable of suppressing occurrence of a large fluctuation in the output voltage of an LC resonant converter when the operating state of an LC resonant converter such as an LLC converter or an LCC converter changes. Intended to provide.
  • a power supply device includes a resonant circuit and at least two switching elements, and generates a square wave voltage signal from an input voltage and supplies the signal to the resonant circuit.
  • An LC resonant converter comprising a generation circuit and a control unit.
  • the control unit of the power supply device is a drive control unit for driving each switching element in the signal generation circuit such that a square wave voltage signal is output from the signal generation circuit, and the control unit of the LC resonant converter Feedback control for controlling the switching frequency of each switching element in the signal generation circuit so that the output voltage of the LC resonant converter becomes a target voltage using the output voltage, and the input voltage and output current of the LC resonant converter And a switching frequency at which the output voltage of the LC resonant converter becomes the target voltage from one or more of the target voltages, and an open circuit for driving each switching element in the signal generation circuit at the obtained switching frequency.
  • a drive control unit capable of performing loop control, and an operation state of the LC resonant converter Based on that information, the operation state of the LC resonant converter, said feedback control and a judging section that judges whether a first state in which a predetermined amount or more variations may occur in the output voltage.
  • the drive control unit of the control unit executes the feedback control when the determination unit determines that the operation state of the LC resonant converter is not the first state, and the determination unit performs the feedback control. If it is determined that the operating state of the LC resonant converter is the first state, the open loop control is performed.
  • the switching frequency and output voltage characteristics of an LC resonant converter such as an LLC converter or an LCC converter largely change depending on the input voltage. Therefore, when feedback control is performed on the switching frequency of the LC resonant converter based on the output voltage or the change rate of the output voltage and the output current, the input voltage range in which the fluctuation amount of the output voltage at the load fluctuation becomes large is It may happen.
  • the feedback control is performed when the operating state of the LC resonant converter is a first state in which the output voltage may fluctuate by a predetermined amount or more in feedback control.
  • the output of the LC resonant converter can be changed even when a change occurs that causes a large output voltage fluctuation in the conventional control. It is possible to suppress the occurrence of large fluctuations in voltage.
  • the determination unit of the control unit of the power supply device various ones having different specific configurations / functions can be adopted. For example, the determination unit may determine that the operating state of the LC resonant converter is in the first state depending on whether or not the fluctuation amount per predetermined time of the index value of the output current of the LC resonant converter exceeds a predetermined threshold value. It is determined whether or not the operating condition of the LC resonant converter is the first state based on the index value of the input voltage of the LC resonant converter and the index value of the output current. To determine whether or not.
  • the determination unit “outputs the operating condition of the LC resonant converter based on the information on the operating condition of the LC resonant converter more than when performing the open loop control when the feedback control is performed. "Determining whether or not it is the first state in which the variation amount becomes large” may be used.
  • the open loop control performed by the drive control unit of the control unit of the power supply device described above is the correspondence between the input voltage, output current, etc. of the LC resonant converter and the switching frequency at which the output voltage of the LC resonant converter is the target voltage. Control may be made to search for a switching frequency corresponding to the current state from the correspondence information shown, and drive each switching element in the signal generation circuit with the searched switching frequency.
  • the switching frequency f is determined by the following equation, and control for driving each switching element in the signal generation circuit at the determined switching frequency f is performed. It may be adopted.
  • V i is the input voltage of the LLC converter
  • V o is the target voltage
  • L m and N are the excitation inductance and transformation ratio of the transformer in the LLC converter, respectively
  • L r is a resonant inductance in the resonant circuit
  • C r is a capacitance of a resonant capacitor in the resonant circuit
  • f r is a resonant frequency of the resonant circuit
  • R L is the capacitance of the LLC converter
  • G is the resistance of the load determined from the output current and the target voltage
  • G is an input voltage and output current of the LLC converter, which is predetermined as an approximate expression of “(f / fr ) 2 ” value. It is a function of those index values and at least one physical property value of the target voltage.
  • G may be a function of the input voltage V i .
  • a control device is an LC comprising: a resonant circuit; and a signal generation circuit including at least two switching elements, generating a square wave voltage signal from an input voltage and supplying the same to the resonant circuit.
  • a control device for controlling a resonant converter comprising: a drive control unit for driving each switching element in the signal generation circuit such that a square wave voltage signal is output from the signal generation circuit; Feedback control for controlling a switching frequency of each switching element in the signal generation circuit such that an output voltage of the LC resonant converter becomes a target voltage using an output voltage of the LC resonant converter; A switch in which an output voltage of the LC resonant converter is the target voltage from an input voltage and an output current and the target voltage A driving control unit capable of performing open loop control for driving each switching element in the signal generation circuit at the obtained switching frequency, and the LC based on information on the operating state of the LC resonant converter And a determination unit that determines whether or not the operating state of the resonant converter is the first state in which the output voltage may fluctuate by a predetermined amount or more in the feedback control.
  • the drive control unit of the control device executes the feedback control when the determination unit determines that the operating state of the LC resonant converter is not the first state, and When it is determined by the determination unit that the operation state of the LC resonant converter is the first state, the open loop control is performed.
  • this control device can perform the same control as that of the control unit of the power supply device according to one aspect of the present invention described above on the LC resonant converter. Therefore, this control device can also suppress occurrence of a large fluctuation in the output voltage of the LC resonant converter at the time of load fluctuation, regardless of the input voltage of the LC resonant converter.
  • the present invention it is possible to suppress the occurrence of large fluctuation in the output voltage of the LC resonant converter at the time of the change of the operating state of the LC resonant converter.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of an output fluctuation amount when a load fluctuation occurs in an LLC converter in which conventional feedback control is performed in a state where an input voltage is 312 V.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an output fluctuation amount in the case where the same load fluctuation as that shown in FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of an output fluctuation amount in the case where a load fluctuation occurs in the LLC converter which is controlled by the control unit in a state where the input voltage is 312 V. It is explanatory drawing of the output fluctuation amount in case the same load fluctuation as what was shown to FIG. 5A arises in the LLC converter in which control by a control unit is performed in the state whose input voltage is 180V. It is explanatory drawing of the modification of a control unit. It is explanatory drawing of the gain characteristic of a LCC converter. It is explanatory drawing of the structural example of a LCC converter. It is explanatory drawing of the structural example of a LCC converter.
  • the present invention is applied to, for example, a power supply apparatus including an LLC converter 10 and a control unit 20 as shown in FIG.
  • the LLC converter 10 is an example of an LC resonant converter.
  • the LLC converter 10 is a DC / DC converter including a signal generation circuit 11, an LLC resonant circuit 12, a transformer 13, and a rectifier circuit 14.
  • LLC resonant circuit LLC converter 10 has 12 is a resonant circuit constituted by the exciting inductance L m of the transformer 13 and the resonant inductance L r and the resonant capacitor C r.
  • the resonance inductance L r may be a leakage inductance of the transformer 13, an inductance of an inductor provided separately from the transformer 13, or a combined inductance of the leakage inductance of the transformer 13 and the inductance of the inductor.
  • the resonant capacitor C r may be connected to any terminal on the primary side of the transformer 13 (see FIG. 2B).
  • the capacitance of the resonant capacitor Cr is also denoted as Cr .
  • the signal generation circuit 11 is a circuit including a plurality of switching elements for generating a square wave voltage signal from the input voltage V i (output voltage of the DC power supply E) and supplying the generated voltage signal to the LLC resonance circuit 12.
  • the square wave voltage signal is a voltage signal having a duty ratio of 50% and a voltage signal whose shape (time change pattern) is different for the dead time.
  • FIG. 1 shows the signal generation circuit 11 configured by two switching elements
  • the signal generation circuit 11 may be a circuit capable of generating a square wave voltage signal. Therefore, the signal generation circuit 11 may be a circuit in which four switching elements are full-bridge connected as shown in FIG. 2A, and two signal switching circuits and two capacitors as shown in FIG. 2B. It may be a configured circuit.
  • the signal generation circuit 11 may be a circuit having a circuit configuration different from that shown in each drawing. Further, each switching element in the signal generation circuit 11 may be a semiconductor switching element (such as an IGBT) other than the MOSFET.
  • the rectifier circuit 14 (FIG. 1) is a circuit that rectifies the output of the transformer 13 and supplies it to the load R L.
  • the rectifier circuit 14 may be any circuit capable of converting alternating current into direct current. Therefore, the rectifier circuit 14 may be a diode-bridged circuit as shown in FIG. 2C. Also, the rectifier circuit 14 may be a circuit as shown in FIGS. 2A and 2B, that is, a circuit using the tap output of a transformer.
  • the rectification circuit 14 may be a synchronous rectification type rectification circuit (rectification circuit including several switching elements).
  • the output voltage V o of the LLC converter 10 having the circuit configuration as described above has a value corresponding to the switching frequency of the LLC converter 10 (each switching element in the signal generation circuit 11).
  • the switching frequency of the LLC converter 10 is feedback-controlled only by the output voltage V o
  • the output voltage is changed when the load current fluctuates. Large variations in V o can occur. Therefore, feedback control of the switching frequency of the LLC converter 10 is conventionally performed using the output voltage V o and the change rate of the current I such as the output current.
  • feedback control of the switching frequency of the LLC converter 10 may be performed so that the deviation between “V o + k ⁇ dI / dt” (k is a proportional coefficient) and the target voltage is “0”. It has been done.
  • the LLC converter 10 If the LLC converter 10 is used in an environment where the input voltage V i hardly changes, feedback control of the switching frequency is performed as described above to prevent large output voltage fluctuation at load fluctuation. it can.
  • the amount of correction of the switching frequency required to maintain the output voltage V o at the time of load fluctuation differs depending on the input voltage V i .
  • FIG. 3 shows switching frequency-output voltage characteristics (hereinafter referred to as F-V characteristics) under various operating conditions of the LLC converter 10 having a certain specification.
  • F-V characteristics switching frequency-output voltage characteristics
  • the input voltage V i is I o (output current of the LLC converter 10)
  • the load current in a situation which is 180V changes from 10A to 50A
  • the output voltage V o can be maintained at 12.5 V by correcting (changing) the switching frequency by 5 kHz.
  • the load current I o changes from 10 A to 50 A under the condition that the input voltage V i is 312 V
  • the output voltage V o should not be changed if the switching frequency is not corrected more (22.7 kHz). It can not be maintained at 5V.
  • the amount of correction of the switching frequency required to maintain the output voltage V o during load fluctuations varies with the input voltage V i . Therefore, when the switching frequency of the LLC converter 10 is feedback controlled by the output voltage V o and the change rate of the output current I o , the same load fluctuation (FIG. 4 A, FIG. 4 B, as shown in FIG. In 4B, a phenomenon occurs in which the amount of fluctuation occurring in the output voltage V o is different from “the load fluctuation that“ the output current I o changes from 1 A to 50 A at a speed of 100 A / ms ”).
  • control unit 20 in the application example of the present invention (FIG. 1) is configured to perform the following processing and control: Ru.
  • the control unit 20 normally performs feedback control of the switching frequency, and based on the information related to the operating state of the LLC converter 10, if the operating state of the LLC converter 10 continues feedback control of the switching frequency, the output voltage is more than a predetermined amount The determination process is repeated to determine whether or not the first state is likely to cause the fluctuation of.
  • the feedback control of the switching frequency performed by the control unit 20 may be based only on the output voltage. However, the feedback control based on the change speed of the output voltage V o and the output current I o has a smaller amount of output voltage fluctuation at the time of load fluctuation. Therefore, the feedback control of the switching frequency performed by the control unit 20 is preferably based on the output voltage V o and the rate of change of the output current I o . Further, the information related to the operation state of the LLC converter 10 used in the determination process may be information that can determine whether the operation state of the LLC converter 10 is the first state or not based thereon. Therefore, for example, the output current of the LLC converter 10, the output current and the input voltage of the LLC converter 10 can be adopted as the information on the operating state of the LLC converter 10.
  • control unit 20 determines that the operating state of LLC converter 10 is the first state, instead of feedback control, input voltage V i and output current I o of LLC converter 10 and target voltage V tgt are used.
  • the switching frequency at which the output voltage V o becomes the target voltage V tgt is determined, and open loop control is performed to drive each switching element in the LLC converter 10 (the signal generation circuit 11) at the determined switching frequency.
  • the open loop control in which the control unit 20 performs from the correspondence relationship information indicating a correspondence relationship between the switching frequency at which the output voltage V o of the LLC converter 10 becomes the target voltage V tgt, by searching the switching frequency according to the current situation Control may be performed to drive each switching element in the signal generation circuit at the retrieved switching frequency.
  • Such correspondence information must be large in size. Therefore, it is preferable to set open loop control as control which calculates
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply device according to the present embodiment includes an LLC converter 10 and a control unit 20.
  • the LLC converter 10 is a DC / DC converter including a signal generation circuit 11, an LLC resonant circuit 12, a transformer 13, and a rectifier circuit 14.
  • the LLC converter 10 is provided with a voltage sensor 31, a current sensor 32 and a voltage sensor 33 for measuring the input voltage V i , the output current I o and the output voltage V o of the LLC converter 10, respectively.
  • LLC converter 10 if DC / DC converter with LLC resonant circuit 12 constructed by the exciting inductance L m of the transformer 13 and the resonant inductance L r and the resonant capacitor C r, 1 It may have a circuit configuration different from that shown in (see FIGS. 2A to 2C).
  • the control unit 20 turns on / off each switching element in the LLC converter 10 based on the outputs of the sensors 31 to 33 (that is, the input voltage V i , the output current I o and the output voltage V o ) and the target voltage V tgt. It is a unit that controls.
  • the control unit 20 of the power supply apparatus is a unit having a microcontroller for controlling a DC / DC converter as a main component and programmed to be able to execute control to be described later on a CPU in the microcontroller. It is.
  • the control unit 20 may be a unit having another hardware configuration (for example, a unit combining a CPU, a ROM, a RAM, a gate driver, and the like).
  • control contents of the LLC converter 10 by the control unit 20 will be described.
  • FIG. 5 shows a functional block diagram of the control unit 20.
  • the control unit 20 of the power supply device according to the present embodiment is configured (programmed) to operate as a unit including the determination unit 21 and the drive control unit 22.
  • the absolute value of the change amount of the output current I o per predetermined time (hereinafter, referred to as fluctuation width of the output current I o) is to or less than the variation width threshold value which is set in advance It is a unit (functional block) that repeats the process of determining.
  • the predetermined time for example, the same time as the switching cycle or a time obtained by multiplying the switching cycle by several times is used.
  • the fluctuation range threshold value for example, a value about several times as large as the fluctuation range of the output voltage of the LLC converter 10 when no load fluctuation occurs is used.
  • the drive control unit 22 performs output voltage feedback control when the determination unit 21 determines that the fluctuation range of the output current Io is equal to or less than the fluctuation range threshold, and otherwise performs open loop control. It is a unit to perform (functional block).
  • the output voltage feedback control performed by the drive control unit 22 drives each switching element in the signal generation circuit 11 so that a square wave voltage signal is output, and the change speed of the output voltage V o and the output current I o
  • the control is performed to adjust the switching frequency of each switching element so that the output voltage V.sub.o becomes the target voltage V.sub.tgt .
  • the deviation between “V o + k ⁇ dI o / dt” (k is a proportional coefficient) and the target voltage V tgt is “0”.
  • the output voltage feedback control may be another control, for example, control for adjusting the switching frequency only to the output voltage V o .
  • each switching element in the signal generation circuit 11 is switched so that the output voltage Vo becomes a target voltage so that a square wave voltage signal is output from the signal generation circuit 11 ( Hereinafter, it is control driven by the target frequency.
  • derivation process includes a target frequency (the switching frequency at which the output voltage V o becomes equal to the target voltage), the output current I o, correspondence relationship information indicating a correspondence relationship between the combination of the input voltage V i and the target voltage V tgt
  • the target frequency may be derived using (a table or the like in which the target frequency is stored at an offset position corresponding to I o , V i, and V tgt ).
  • the correspondence information information indicating the correspondence between the target frequency and the combination of the output current I o and the input voltage V i is used. be able to.
  • the derivation process may be a process of calculating the target frequency f from the following equation (1) which is an approximate expression of the voltage gain “V o / V i ” of the LLC converter 10.
  • S is a value obtained by dividing the exciting inductance L m in the resonant inductance L r
  • F is the switching frequency f
  • the resonant frequency f r which is determined by the resonant inductance L r and the capacitance C r of the resonant capacitor C r It is a normalized value.
  • Q in the equation (1) and each equation to be described later can be obtained by the following equation from the step-up ratio N of the transformer 13, the resonant inductance L r , the capacitance C r of the resonant capacitor C r and the resistance R L of the load R L It is a value.
  • the derivation process may be a process of calculating the target frequency f from the following equation (2).
  • the equation (2) is obtained by modifying the equation (1) described above. Specifically, the following equation (3) can be obtained by modifying the equation (1).
  • the equation (2) is obtained by converting the equation obtained by solving the equation (4) for F into the equation of f. Then, G (V i ) can be obtained in advance for each target voltage as a spline function or the like from the result of finding the target frequency under various operating conditions from equation (1) or the experimental result under various operating conditions It is a thing. Therefore, the process of calculating the target frequency f from the above equation (2) can also be adopted as the derivation process.
  • R L may be calculated from the output voltage V o and the output current I o . Further, when the target voltage is fixed, only G (V i ) suitable for the target voltage may be prepared.
  • the control unit 20 can be realized without using a large-capacity storage device or a high-performance CPU. Therefore, from such a point of view, it is preferable that the derivation process is a process of deriving the target frequency f by equation (2).
  • the control unit 20 of the power supply device according to the present embodiment performs open loop control while the fluctuation range of the output current Io exceeds the fluctuation range threshold. Therefore, in the power supply device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the output current I o is from 1 A to 50 A at a speed of 100 A / ms under the condition that the input voltage V i is 312 V. In the case where the output current Io changes from 1 A to 50 A at a speed of 100 A / ms (FIG. 6 B) even when the input voltage V i is 180 V (FIG. 6 A). The fluctuation amount of V o can be made a relatively small value. In addition, according to the power supply device according to the present embodiment, the output voltage of the LLC converter is significantly changed even when another change (change in target voltage, output of load current) occurs in the operation state of the LLC converter. Can be deterred.
  • determination unit 21 determines whether or not the operation state of LLC converter 10 is the first state in which output voltage V o may have output voltage V o having a fluctuation (a fluctuation of a magnitude to be suppressed) or more in output voltage feedback control. As long as it can be determined. Therefore, the determination unit 21 based on the input voltage V i, the operating state of the LLC converter 10 determines units whether a first state (e.g., the input voltage V i is the output voltage V is the output voltage feedback control It may be transformed into a unit to determine whether or not o is within a voltage range in which a fluctuation of a predetermined amount or more occurs. Further, as shown in FIG.
  • the determination unit 21 is a unit to which the input voltage V i and the output current I o are input, and the input voltage V i is set to the output voltage V o even in the output voltage feedback control.
  • G (V i ) may be a function of physical property values (voltage, current) different from V i . Also, G (V i ) may be a function of two physical property values.
  • the determination unit 21 based on the input voltage V i and the output current I o and the target voltage V tgt, operating states of the LLC converter 10, the output voltage Vi than when running open loop control when performing an output voltage feedback control
  • the unit may be transformed into a unit that determines whether or not the first state in which the amount of fluctuation that occurs in the motor becomes large increases.
  • the control unit 20 performs open loop control until predetermined conditions (e.g., a lapse of a prescribed time, stabilization of the output voltage V o ) are satisfied, and then output voltage feedback It may be transformed into a unit that starts control.
  • the input voltage V i it may be used an index value of the input voltage V i (V i and correlation property values), instead of the output current I o, an index value of the output current I o You may use.
  • the LCC converter also has non-linear gain characteristics. Therefore, if the LCC converter is controlled only by feedback control, a large output voltage fluctuation (see FIG. 4B) may occur at the time of load fluctuation. As described above, if the LCC converter is controlled by feedback control and open loop control, it is possible to prevent large output voltage fluctuation at the time of load fluctuation. Therefore, instead of the LLC converter 10, the power supply apparatus according to the embodiment may be modified into an apparatus provided with an LCC converter, for example, an LCC converter having the circuit configuration shown in FIG. 9A or 9B.
  • An LC resonant LC comprising: a resonant circuit (12); and a signal generation circuit (11) that generates at least two switching elements and generates a square wave voltage signal from an input voltage and supplies it to the resonant circuit (12).
  • a converter (10) and a control unit (20) The control unit (20) A drive control unit that drives each switching element in the signal generation circuit (11) such that a square wave voltage signal is output from the signal generation circuit, the output voltage of the LC resonant converter (10) Feedback control for controlling the switching frequency of each switching element in the signal generation circuit (11) such that the output voltage of the LC resonant converter (10) becomes a target voltage, and the LC resonant converter (10)
  • the switching frequency at which the output voltage of the LC resonant converter (10) becomes the target voltage is determined from the input voltage and the output current of the circuit and the target voltage, and each switching in the signal generation circuit (11) is obtained at the determined switching frequency.
  • a drive control unit (22) capable of performing open loop control for driving an element; Based on the information on the operating state of the LC resonant converter (10), is the operating state of the LC resonant converter (10) a first state in which the output voltage may fluctuate by a predetermined amount or more in the feedback control?
  • a determination unit (21) that determines whether or not Equipped with When the determination unit (21) determines that the operation state of the LC resonant converter (10) is not the first state, the drive control unit (22) of the control unit (20): The open loop control is performed when the feedback control is performed and the determination unit determines that the operation state of the LC resonant converter (10) is the first state.
  • a power supply device characterized by
  • An LC resonant converter comprising: a resonant circuit (12); and a signal generation circuit (11) that generates at least two switching elements and generates a square wave voltage signal from an input voltage and supplies it to the resonant circuit (12) 10) a control device (20) for controlling the A drive control unit (22) for driving each switching element in the signal generation circuit such that a square wave voltage signal is output from the signal generation circuit (11), the LC resonance type converter (10) Feedback control for controlling a switching frequency of each switching element in the signal generation circuit (11) such that an output voltage of the LC resonant converter (10) becomes a target voltage using an output voltage, the LC resonant converter The switching frequency at which the output voltage of the LC resonant converter (10) becomes the target voltage is determined from the input voltage and the output current of (10) and the target voltage, and the signal generation circuit (11) is obtained at the determined switching frequency.
  • Drive control section (22) capable of performing open loop control for driving each switching element of In the first state in which the operating state of the LC resonant converter (10) may cause the output voltage to fluctuate by a predetermined amount or more when the feedback control is performed based on the information on the operating state of the LC resonant converter (10)
  • a determination unit (21) that determines whether or not there is Equipped with The drive control unit (22) executes the feedback control when the determination unit (21) determines that the operation state of the LC resonant converter (10) is not the first state, If it is determined by the determination unit that the operation state of the LC resonant converter (10) is the first state, the open loop control is performed.
  • a control device characterized by

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Abstract

ＬＣ共振型コンバータ（ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等）の動作状態の変化時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止できる技術を提供する。電源装置は、ＬＣ共振型コンバータ（１０）と制御ユニット（２０）とを備え、制御ユニット（２０）は、出力電流等の変動幅が、変動幅閾値を超えた場合、出力電圧フィードバック制御を中止して、ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧等からＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数でＬＣ共振型コンバータ（１０）の信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御を開始する。

Description

電源装置及び制御装置
　本発明は、ＬＣ共振型コンバータを含む電源装置と、ＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置とに関する。
　ＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振コンバータ等と称されているＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＬＬＣコンバータと表記する；非特許文献１参照）が知られている。
　ＬＬＣコンバータは、トランスの漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスとコンデンサとにより構成されたＬＬＣ共振回路、ＬＬＣ共振回路に供給される方形波状の電圧信号を生成する信号生成回路（ハーフブリッジ回路等）、トランスの出力を整流する整流回路を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。
　ＬＬＣコンバータでは、負荷変動時における出力電圧の変動量を小さくするために、スイッチング周波数を、出力電圧等を用いてフィードバック制御すること（例えば、特許文献１参照）が行われている。ただし、ＬＬＣコンバータに対する既存の制御は、ＬＬＣコンバータが非線形のゲイン特性を有するが故に、ＬＬＣコンバータの入力電圧、出力電流、出力電圧などの動作状態によっては、負荷変動時に出力電圧に比較的に大きな変動が生じてしまうものとなっている。
　また、非線形のゲイン特性を有するＬＣＣコンバータに対する既存の制御も、同様に、ＬＣＣコンバータの入力電圧、出力電流、出力電圧などの動作状態によっては、負荷変動時に出力電圧に比較的に大きな変動が生じてしまうものとなっている。
特表２００３－５１０００１号公報
平地克也、"LLC方式DC/DCコンバータの回路構成と動作原理"、［online］、2014年5 月29 日、［2017年9月20日検索］、インターネット〈URL：http://hirachi.cocolog-nifty.com/kh/files/20140529-3.pdf〉
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等のＬＣ共振型コンバータの動作状態の変化時に、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止できる技術を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電源装置は、共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路とを備えたＬＣ共振型コンバータと、制御ユニットとを含む。また、電源装置の制御ユニットは、前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、を備える。そして、制御ユニットの前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する。
　すなわち、ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等のＬＣ共振型コンバータのスイッチング周波数・出力電圧特性は、入力電圧により大きく変化する。そのため、ＬＣ共振型コンバータのスイッチング周波数を、出力電圧や、出力電圧と出力電流の変化速度とに基づき、フィードバック制御した場合には、負荷変動時における出力電圧の変動量が大きくなる入力電圧範囲が生じてしまうことがある。ただし、本発明の一態様に係る電源装置の制御ユニットは、ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態である場合には、フィードバック制御の代わりに、『前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御』を実行する。従って、本発明のこの態様に係る電源装置によれば、ＬＣ共振型コンバータの動作状態に、従来の制御では大きな出力電圧変動が生じてしまう変化が生じた場合にも、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
　上記電源装置の制御ユニットの判定部としては、具体的な構成／機能が異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、判定部は、『前記ＬＣ共振型コンバータの出力電流の指標値の所定時間当たりの変動量が所定の閾値を超えているか否かにより、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する』ものであっても、『前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧の指標値と出力電流の指標値とに基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する』ものであってもよい。また、判定部は、『前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると前記オープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧に生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定する』ものであっても良い。
　上記電源装置の制御ユニットの駆動制御部が実行するオープンループ制御は、ＬＣ共振型コンバータの入力電圧、出力電流等と、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるスイッチング周波数との対応関係を示す対応関係情報から、現状に応じたスイッチング周波数を検索して、検索したスイッチング周波数で信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御であっても良い。
　また、ＬＣ共振型コンバータがＬＬＣコンバータである場合には、オープンループ制御として、以下の式によりスイッチング周波数ｆを求め、求めたスイッチング周波数ｆで前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御を採用しても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、Ｖｉは、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧であり、Ｖｏは、前記目標電圧であり、Ｌｍ、Ｎは、それぞれ、前記ＬＬＣコンバータ内のトランスの励磁インダクタンス、変圧比であり、Ｌｒは、前記共振回路内の共振インダクタンスであり、Ｃｒは、前記共振回路内の共振コンデンサの容量であり、ｆｒは、前記共振回路の共振周波数であり、ＲＬは、前記ＬＬＣコンバータの出力電流と前記目標電圧とから求められる前記負荷の抵抗であり、Ｇは、“（ｆ／ｆｒ）２”値の近似式として予め定められている、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧及び出力電流、それらの指標値、及び前記目標電圧の中の少なくとも１つ物性値の関数である。
　また、Ｇを、入力電圧Ｖｉの関数としておいても良い。
　本発明の他の態様に係る制御装置は、共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路と、を備えるＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置であって、前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、を備える。そして、本態様に係る制御装置の駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する。
　すなわち、この制御装置は、上記した本発明の一態様に係る電源装置の制御ユニットと同じ制御を、ＬＣ共振型コンバータに対して行うことができる。従って、この制御装置によっても、ＬＣ共振型コンバータの入力電圧によらず、負荷変動時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
　本発明によれば、ＬＣ共振型コンバータの動作状態の変化時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例の説明図である。 ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。 ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。 ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。 ＬＬＣコンバータのスイッチング周波数・出力電圧特性の説明図である。 入力電圧が３１２Ｖである状態で、従来のフィードバック制御が行われているＬＬＣコンバータに、負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。 入力電圧が１８０Ｖである状態で、従来のフィードバック制御が行われているＬＬＣコンバータに、図３Ａに示したものと同じ負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。 実施形態に係る電源装置が備える制御ユニットの機能ブロック図である。 入力電圧が３１２Ｖである状態で、制御ユニットによる制御が行われているＬＬＣコンバータに、負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。 入力電圧が１８０Ｖである状態で、制御ユニットによる制御が行われているＬＬＣコンバータに、図５Ａに示したものと同じ負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。 制御ユニットの変形例の説明図である。 ＬＣＣコンバータのゲイン特性の説明図である。 ＬＣＣコンバータの構成例の説明図である。 ＬＣＣコンバータの構成例の説明図である。
〔適用例〕
　以下、本発明の適用例について説明する。本発明は、例えば、図１に示したような、ＬＬＣコンバータ１０と制御ユニット２０とを含む電源装置に適用されるものである。なお、ＬＬＣコンバータ１０は、ＬＣ共振型コンバータの一例である。
　ＬＬＣコンバータ１０は、信号生成回路１１、ＬＬＣ共振回路１２、トランス１３及び整流回路１４を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。ＬＬＣコンバータ１０が備えるＬＬＣ共振回路１２は、トランス１３の励磁インダクタンスＬｍと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒとにより構成された共振回路である。共振インダクタンスＬｒは、トランス１３の漏れインダクタンスであっても、トランス１３とは別に設けられたインダクタのインダクタンスであっても、トランス１３の漏れインダクタンスとインダクタのインダクタンスの合成インダクタンスであってもよい。また、共振コンデンサＣｒは、トランス１３の一次側のいずれの端子に接続されていてもよい（図２Ｂ参照）。以下、共振コンデンサＣｒの容量のことも、Ｃｒと表記する。
　信号生成回路１１は、複数のスイッチング素子を備えた、入力電圧Ｖｉ（直流電源Ｅの出力電圧）から方形波状の電圧信号を生成してＬＬＣ共振回路１２に供給するための回路である。ここで、方形波状の電圧信号とは、デューティー比が５０％の電圧信号と、デッドタイム分、形状（時間変化パターン）が異なっている電圧信号のことである。
　図１には、２つのスイッチング素子で構成された信号生成回路１１を示してあるが、信号生成回路１１は、方形波状の電圧信号を生成可能な回路でありさえすれば良い。従って、信号生成回路１１は、図２Ａに示したような、４つのスイッチング素子をフルブリッジ接続した回路であってもよく、図２Ｂに示したような、２つのスイッチング素子と２つのコンデンサとで構成された回路であってもよい。信号生成回路１１は、各図に示してあるものとは異なる回路構成を有する回路であってもよい。また、信号生成回路１１内の各スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）であってもよい。
　整流回路１４（図１）は、トランス１３の出力を整流して負荷ＲＬに供給する回路である。この整流回路１４は、交流を直流に変換できる回路であればよい。従って、整流回路１４は、図２Ｃに示してあるような、ダイオードをフルブリッジ接続した回路であってもよい。また、整流回路１４は、図２Ａ及び図２Ｂに示してあるような回路、すなわち、トランスのタップ出力を利用する回路であってもよい。さらに、整流回路１４は、同期整流型の整流回路（幾つかのスイッチング素子を備えた整流回路）であってもよい。
　上記のような回路構成を有するＬＬＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏは、ＬＬＣコンバータ１０（信号生成回路１１内の各スイッチング素子）のスイッチング周波数に応じた値となる。ただし、出力電圧Ｖｏは、負荷電流（＝出力電流）Ｉｏによっても変化するため、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏのみによりフィードバック制御すると、負荷電流が変動したときに出力電圧Ｖｏに大きな変動が生じ得る。そのため、従来より、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏと、出力電流等の電流Ｉの変化速度とを用いて、フィードバック制御することが行われている。具体的には、“Ｖｏ＋ｋ・ｄＩ／ｄｔ”（ｋは、比例係数）と目標電圧との間の偏差が“０”となるように、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数をフィードバック制御することが行われている。
　入力電圧Ｖｉが殆ど変わらない環境でＬＬＣコンバータ１０が使用されている場合には、スイッチング周波数を上記のようにフィードバック制御することにより、負荷変動時に大きな出力電圧変動が生じないようにすることができる。
　ただし、負荷変動時に出力電圧Ｖｏを維持するために必要とされるスイッチング周波数の補正量は、入力電圧Ｖｉにより異なる。
　具体的には、図３に、或る仕様のＬＬＣコンバータ１０の各種動作条件下におけるスイッチング周波数・出力電圧特性（以下、Ｆ－Ｖ特性と表記する）を示す。図中の各Ｆ－Ｖ特性から明らかなように、このＬＬＣコンバータ１０では、入力電圧Ｖｉが１８０Ｖである状況下において負荷電流（ＬＬＣコンバータ１０の出力電流）Ｉｏが１０Ａから５０Ａに変化した場合には、スイッチング周波数を５ｋＨｚ補正（変更）すれば、出力電圧Ｖｏを１２．５Ｖに維持できる。ただし、入力電圧Ｖｉが３１２Ｖである状況下において負荷電流Ｉｏが１０Ａから５０Ａに変化した場合には、スイッチング周波数をより多く（２２．７ｋＨｚ）補正しなければ、出力電圧Ｖｏを１２．５Ｖに維持できない。
　このように、負荷変動時に出力電圧Ｖｏを維持するために必要とされるスイッチング周波数の補正量は、入力電圧Ｖｉにより異なる。そのため、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とによりフィードバック制御した場合には、図４Ａ、図４Ｂに示したように、同じ負荷変動（図４Ａ、図４Ｂでは、『出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化する』という負荷変動）に対して、出力電圧Ｖｏに生じる変動量が異なるといった現象が生じていた。
　負荷変動時に図４Ｂに示してあるような大きな出力電圧変動が生じないようにするために、本発明の適用例（図１）における制御ユニット２０は、以下の処理及び制御を行うように構成される。
　制御ユニット２０は、通常は、スイッチング周波数のフィードバック制御を行いながら、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報に基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、スイッチング周波数のフィードバック制御を続けると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定処理を繰り返している。
　なお、制御ユニット２０が行うスイッチング周波数のフィードバック制御は、出力電圧のみに基づくものであっても良い。ただし、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度に基づくフィードバック制御の方が、負荷変動時の出力電圧変動量が小さくなる。従って、制御ユニット２０が行うスイッチング周波数のフィードバック制御は、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とに基づくものであることが好ましい。また、判定処理に使用されるＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報は、それに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、上記第１状態であるか否かを判定できる情報であれば良い。従って、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報としては、例えば、ＬＬＣコンバータ１０の出力電流や、ＬＬＣコンバータ１０の出力電流及び入力電圧を採用することが出来る。
　制御ユニット２０は、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であると判定した場合には、フィードバック制御の代わりに、ＬＬＣコンバータ１０の入力電圧Ｖｉ及び出力電流Ｉｏと目標電圧Ｖｔｇｔとから出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数でＬＬＣコンバータ１０（信号生成回路１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御を実行する。
　オープンループ制御で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔｇｔに正確に一致させることは困難である。ただし、オープンループ制御を行えば、現状に則していないフィードバック制御（その時点の入力電圧Ｖｉ等に適していないフィードバック制御）を行った場合よりも、出力電圧Ｖｏに生ずる変動量を小さくすることができる。従って、上記のように動作する制御ユニット２０によれば、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態変化時に生ずる出力電圧変動量を従来よりも小さくすることができる。
　なお、制御ユニット２０が行うオープンループ制御は、ＬＬＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるスイッチング周波数との対応関係を示す対応関係情報から、現状に応じたスイッチング周波数を検索して、検索したスイッチング周波数で信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御であっても良い。そのような対応関係情報は、サイズが大きなものとならざるを得ない。そのため、オープンループ制御を、数式（詳細は後述）によりスイッチング周波数を求める制御としておくことが好ましい。
〔実施形態〕
　以下、本発明の一実施形態に係る電源装置について、図面を参照して、詳細に説明する。
　図１に、本発明の一実施形態に係る電源装置の概略構成を示す。
　図示してあるように、本実施形態に係る電源装置は、ＬＬＣコンバータ１０と制御ユニット２０とを備える。
　ＬＬＣコンバータ１０は、信号生成回路１１、ＬＬＣ共振回路１２、トランス１３及び整流回路１４を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。ＬＬＣコンバータ１０には、それぞれ、ＬＬＣコンバータ１０の入力電圧Ｖｉ、出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏを測定するための電圧センサ３１、電流センサ３２、電圧センサ３３が設けられている。既に説明したように、ＬＬＣコンバータ１０は、トランス１３の励磁インダクタンスＬｍと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒとにより構成されたＬＬＣ共振回路１２を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであれば、図１に示したものとは異なる回路構成を有するもの（図２Ａ～図２Ｃ参照）であっても良い。
　制御ユニット２０は、センサ３１～３３の出力（つまり、入力電圧Ｖｉ、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏ）と目標電圧Ｖｔｇｔとに基づき、ＬＬＣコンバータ１０内の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うユニットである。なお、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御用のマイクロコントローラを主要構成要素とした、当該マイクロコントローラ内のＣＰＵを後述する制御を実行可能なようにプログラミングしたユニットである。ただし、制御ユニット２０は、他のハードウェア構成のユニット（例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ゲートドライバ等を組み合わせたユニット）であってもよい。
　以下、制御ユニット２０によるＬＬＣコンバータ１０の制御内容について説明する。
　図５に、制御ユニット２０の機能ブロック図を示す。図示してあるように、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、判定部２１と駆動制御部２２とを備えたユニットとして動作するように構成（プログラミング）されている。
　判定部２１は、所定時間当たりの出力電流Ｉｏの変化量の絶対値（以下、出力電流Ｉｏの変動幅と表記する）が、予め設定されている変動幅閾値以下であるか否かを判定する処理を繰り返すユニット（機能ブロック）である。なお、所定時間としては、例えば、スイッチング周期と同じ時間や、スイッチング周期を数倍した時間が使用される。また、変動幅閾値としては、例えば、負荷変動が生じていない場合におけるＬＬＣコンバータ１０の出力電圧の変動幅の数倍程度の値が使用される。
　駆動制御部２２は、判定部２１により出力電流Ｉｏの変動幅が変動幅閾値以下であると判定されている場合には、出力電圧フィードバック制御を行い、そうでない場合には、オープンループ制御を行うユニット（機能ブロック）である。
　駆動制御部２２が行う出力電圧フィードバック制御は、方形波状の電圧信号が出力されるように信号生成回路１１内の各スイッチング素子を駆動しながら、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とに基づき、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるように、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整する制御である。本実施形態に係る駆動制御部２２が行う出力電圧フィードバック制御は、“Ｖｏ＋ｋ・ｄＩｏ／ｄｔ”（ｋは、比例係数）と目標電圧Ｖｔｇｔとの間の偏差が“０”となるように、スイッチング周波数を調整する制御である。ただし、出力電圧フィードバック制御は、他の制御、例えば、出力電圧Ｖｏのみにスイッチング周波数を調整する制御であっても良い。
　駆動制御部２２が行うオープンループ制御は、方形波状の電圧信号が信号生成回路１１から出力されるように、信号生成回路１１内の各スイッチング素子を、出力電圧Ｖｏが目標電圧となるスイッチング周波数（以下、目標周波数と表記する）で駆動する制御である。
　このオープンループ制御のために行われる目標周波数の導出処理としては、様々なものを採用することができる。
　例えば、導出処理は、目標周波数（出力電圧Ｖｏが目標電圧となるスイッチング周波数）と、出力電流Ｉｏ、入力電圧Ｖｉ及び目標電圧Ｖｔｇｔの組合せとの間の対応関係を示す対応関係情報（Ｉｏ、Ｖｉ及びＶｔｇｔに応じたオフセット位置に、目標周波数が記憶されたテーブル等）を用いて、目標周波数を導出する処理であってもよい。なお、目標電圧が固定されている場合には、当然、上記対応関係情報の代わりに、目標周波数と、出力電流Ｉｏ及び入力電圧Ｖｉの組合せとの間の対応関係を示す情報を使用することができる。
　また、導出処理は、ＬＬＣコンバータ１０の電圧ゲイン“Ｖｏ／Ｖｉ”の近似式である以下の（１）式から、目標周波数ｆを算出する処理であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　　なお、（１）式及び後述する各式におけるＳ、Ｆは、以下の値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　すなわち、Ｓは、励磁インダクタンスＬｍを共振インダクタンスＬｒで割った値であり、Ｆは、スイッチング周波数ｆを、共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒの容量Ｃｒとにより定まる共振周波数ｆｒで正規化した値である。また、（１）式及び後述する各式におけるＱは、トランス１３の昇圧比Ｎと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒの容量Ｃｒと負荷ＲＬの抵抗ＲＬから以下の式により求められる値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、導出処理は、以下の（２）式から目標周波数ｆを算出する処理であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　この（２）式は、上記した（１）式を変形することにより得られたものである。
　具体的には、（１）式を変形すると、以下の（３）式を得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　この（３）式は、Ｆの６次式である。そのため、（３）式を、Ｆ（＝ｆ／ｆｒ）について代数的に解くことはできない。ただし、（３）式における“Ｑ２Ｆ２”のＦ２の代わりに、Ｇ（Ｖｉ）を用いれば、（３）式を、以下の（４）式、すなわち、Ｆについて代数的に解ける式に変形することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　この（４）式をＦについて解いた式をｆの式に変換すると、上記した（２）式が得られる。そして、Ｇ（Ｖｉ）は、各種動作条件における目標周波数を（１）式から求めた結果や、各種動作条件における実験結果から、スプライン関数等として、目標電圧別に、予め求めておくことができるものである。従って、上記（２）式から目標周波数ｆを算出する処理を、導出処理として採用することもできる。なお、（２）式から目標周波数ｆを算出する場合、ＲＬは、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとから算出すればよい。また、目標電圧が固定されている場合には、その目標電圧に適したＧ（Ｖｉ）のみを用意しておけばよい。
　以下、上記した各導出処理について補足する。
　上記した対応関係情報は、サイズが大きなものとならざるを得ない。そのため、対応関係情報を用いて目標周波数を導出する導出処理を採用する場合には、制御ユニット２０内に比較的に大容量の記憶装置（通常、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性記憶装置）を設けなければならない。また、（１）式は、ｆについて代数的に解けない式である。従って、（１）式からの目標周波数ｆの算出には、反復法を使用せざるを得ないが、反復法で所望時間内に目標周波数ｆが得られるようにするためには、高性能のＣＰＵを制御ユニット２０に搭載することが必要となる。
　一方、（２）式から目標周波数ｆを算出するようにしておけば、大容量の記憶装置や高性能のＣＰＵを用いることなく制御ユニット２０を実現できることになる。従って、そのような観点からは、導出処理が、（２）式により目標周波数ｆを導出する処理であることが好ましいことになる。
　以上、説明したように、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、出力電流Ｉｏの変動幅が、変動幅閾値を超えている間は、オープンループ制御を実行する。従って、本実施形態に係る電源装置では、図６Ａ、図６Ｂに示したように、入力電圧Ｖｉが３１２Ｖとなっている状況で、出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化した場合（図６Ａ）にも、入力電圧Ｖｉが１８０Ｖとなっている状況で、出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化した場合（図６Ｂ）にも、出力電圧Ｖｏの変動量を比較的に小さな値とすることができる。また、本実施形態に係る電源装置によれば、ＬＬＣコンバータの動作状態に他の変化（目標電圧の変化、負荷電流の出力）が生じた場合にも、ＬＬＣコンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
　〔変形例〕
　上記した実施形態に係る電源装置は、各種の変形が行えるものである。例えば、判定部２１は、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、出力電圧フィードバック制御では出力電圧Ｖoに所定量以上の変動（抑制すべき大きさの変動）が生じ得る第１状態であるか否かを判定できるものでありさえすればよい。従って、判定部２１を、入力電圧Ｖｉに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であるか否かを判定するユニット（例えば、入力電圧Ｖｉが、出力電圧フィードバック制御では出力電圧Ｖoに所定量以上の変動が生じる電圧範囲内にあるか否かを判定するユニット）に変形しても良い。また、判定部２１を、図７に示したように、入力電圧Ｖｉと出力電流Ｉｏとが入力されるユニットであって、入力電圧Ｖｉが、出力電圧フィードバック制御でも出力電圧Ｖoに大きな変動が生じない電圧範囲外の電圧となっている状況で、出力電流Ｉｏの変化幅が変化幅閾値を超えた場合に、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であると判定するユニットに変形しても良い。
　Ｇ（Ｖｉ）を、Ｖｉとは異なる物性値（電圧、電流）の関数としておいても良い。また、Ｇ（Ｖｉ）を、２つの物性値の関数としておいても良い。
　判定部２１を、入力電圧Ｖｉと出力電流Ｉｏと目標電圧Ｖｔｇｔとに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、出力電圧フィードバック制御を実行するとオープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧Ｖｉに生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定するユニットに変形してもよい。また、制御ユニット２０を、目標電圧Ｖｔｇｔが変更された場合、所定条件（例えば、規定時間の経過、出力電圧Ｖoの安定）が満たされるまで、オープンループ制御を行った後、出力電圧フィードバック制御を開始するユニットに変形してもよい。また、入力電圧Ｖｉの代わりに、入力電圧Ｖｉの指標値（Ｖｉと相関関係がある物性値）を用いてもよく、出力電流Ｉｏの代わりに、出力電流Ｉｏの指標値を用いても良い。
　また、図８に示したように、ＬＣＣコンバータも、非線形なゲイン特性を有する。そのため、ＬＣＣコンバータをフィードバック制御だけで制御したのでは、負荷変動時に大きな出力電圧変動（図４Ｂ参照）が生じ得る。上記のように、フィードバック制御とオープンループ制御でＬＣＣコンバータを制御してやれば、負荷変動時に大きな出力電圧変動が生じないようにすることができる。従って、実施形態に係る電源装置を、ＬＬＣコンバータ１０の代わりに、ＬＣＣコンバータ、例えば、図９Ａや図９Ｂに示した回路構成を有するＬＣＣコンバータを備えた装置に変形しても良い。
　本発明の構成要件と実施形態の構成とを対比可能とするために、以下に、各独立請求項にかかる発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
１．　共振回路（１２）と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路（１２）に供給する信号生成回路（１１）とを備えたＬＣ共振型ＬＣコンバータ（１０）と、制御ユニット（２０）と、を含み、
　前記制御ユニット（２０）は、
　前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部（２２）と、
　前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部（２１）と、
　を備え、
　前記制御ユニット（２０）の前記駆動制御部（２２）は、前記判定部（２１）により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
　ことを特徴とする電源装置。
７．　共振回路（１２）と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路（１２）に供給する信号生成回路（１１）とを備えるＬＣ共振型コンバータ（１０）を制御するための制御装置（２０）であって、
　前記信号生成回路（１１）から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部（２２）であって、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部（２２）と、
　前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部（２１）と、
　を備え、
　前記駆動制御部（２２）は、前記判定部（２１）により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
　ことを特徴とする制御装置。
１０　ＬＬＣコンバータ
１１　信号生成回路
１２　ＬＬＣ共振回路
１３　トランス
１４　整流回路
２０　制御ユニット
２１　判定部
２２　駆動制御部

Claims (7)

  1. 　共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路とを備えたＬＣ共振型コンバータと、
    　制御ユニットとを含み、
    　前記制御ユニットは、
    　前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、
    　前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、
    　を備え、
    　前記制御ユニットの前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
    　ことを特徴とする電源装置。
  2. 　前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電流の指標値の所定時間当たりの変動量が所定の閾値を超えているか否かにより、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 　前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧の指標値及び出力電流の指標値に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  4. 　前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると前記オープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧に生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  5. 　前記ＬＣ共振型コンバータが、ＬＬＣコンバータであり、
    　前記駆動制御部が実行する前記オープンループ制御が、以下の式によりスイッチング周波数ｆを求め、求めたスイッチング周波数ｆで前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御である、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　ここで、Ｖｉは、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧であり、Ｖｏは、前記目標電圧であり、Ｌｍ、Ｌｒ、Ｎは、それぞれ、前記ＬＬＣコンバータ内のトランスの励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、変圧比であり、Ｃｒは、前記共振回路内の共振コンデンサの容量であり、ｆｒは、前記共振回路の共振周波数であり、ＲＬは、前記ＬＬＣコンバータの出力電流と前記目標電圧とから求められる前記負荷の抵抗であり、Ｇは、“（ｆ／ｆｒ）２”値の近似式として予め定められている、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧及び出力電流、それらの指標値、及び前記目標電圧の中の少なくとも１つ物性値の関数である。
  6. 　前記Ｇが、入力電圧Ｖｉの関数である、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
  7. 　共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路とを備えるＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置であって、
    　前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、
    　前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、
    　を備え、
    　前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
    　ことを特徴とする制御装置。
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