負荷駆動装置及びその制御方法
【課題】外乱等の影響を受けた場合でも、スイッチング電源のデッドタイムの最適値を誤認する可能性を低減し、これによって電力損失を低減することが可能な負荷駆動装置を提供する
【解決手段】負荷駆動装置１は、直流電圧源Ｖｃｃに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するスイッチング電源回路２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせる駆動信号を供給するスイッチ制御回路３と、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路６とを備えており、デッドタイム設定回路６は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部９と、最適値探索部９から候補値を受け取って、候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部１０とを備えている。
【解決手段】負荷駆動装置１は、直流電圧源Ｖｃｃに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するスイッチング電源回路２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせる駆動信号を供給するスイッチ制御回路３と、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路６とを備えており、デッドタイム設定回路６は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部９と、最適値探索部９から候補値を受け取って、候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部１０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動装置に関し、特に、スイッチング電源回路を備えた負荷駆動装置の低損失化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を用い、ＰＷＭ制御されたスイッチ駆動信号によりハイ（Ｈｉｇｈ）側のスイッチング素子とロー（Ｌｏｗ）側のスイッチング素子とを交互にオン／オフさせることで所望の出力電圧を得るスイッチング電源回路、及び、このようなスイッチグ電源回路を備えた負荷駆動装置が広く用いられている。
一般に、このようなスイッチング電源回路では、一方のスイッチング素子のオン状態から他方のスイッチング素子のオン状態に切り替えるときに、両方のスイッチング素子をオフにする所謂デッドタイムが設けられ、このデッドタイムの期間長は、スイッチング電源回路を備えた負荷駆動装置の効率に影響を及ぼすことが知られている。例えば、デッドタイム期間が長いと、還流電流による導通損失及び寄生ダイオードのリカバリ電流等による損失が増大し、効率が低下する。一方、デッドタイム期間が短すぎると、２つのスイッチング素子を貫通して短絡電流が流れ始めるため、やはり効率は低下する。したがって、負荷駆動装置の電力損失を低減し、その効率を改善するためには、最適なデッドタイムを設定することが望ましい。
【０００３】
この点に関連して、従来、最大の効率を達成するための最適なデッドタイムを設定することにより、同時に、スイッチング素子のデューティ比（１スイッチングサイクル中のオン時間の割合）が最小になることが報告されており、この事実に着目したデッドタイムの最適化アルゴリズムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このアルゴリズムは、最初にデッドタイムをある程度長い初期値に設定して、デューティ比を監視しながらデッドタイムを徐々に短くしていき、これに伴うデューティ比の変化が減少から増大に転じるポイント（すなわち、デューティ比が最小と判断されるポイント）のデッドタイムを、その最適値とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４１５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、負荷駆動装置は、実際には、作動中常に外乱の影響を受けており、そのデューティ比も外乱によってランダムに変動する可能性がある。したがって、単に上記のアルゴリズムを実装するのみでは、例えば、デッドタイム最適化動作の実行中に、入力電圧の低下や負荷電流の増大等により、デッドタイムを短くしたこととは無関係にデューティ比が増大する可能性があり、これによって、本来最適ではないデッドタイムの値を最適値として誤認するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外乱等の影響を受けた場合でも、スイッチング電源のデッドタイムの最適値を誤認する可能性を低減し、これによって電力損失を低減することが可能な負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路と、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路とを備える負荷駆動装置において、前記デッドタイム設定回路は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部と、該最適値探索部から前記候補値を受け取って、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項１）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、デッドタイム設定回路が、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部だけなく、最適値探索部から候補値を受け取って、候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることによって、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性が低減するため、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【０００９】
（２）（１）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とすることを決定するか、または、予め定められた最大繰り返し回数に達するまで、前記候補値の探索を繰り返すことを特徴とする負荷駆動装置（請求項２）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性をより確実に低減させ、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【００１０】
（３）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とするか否かを決定するための確率は、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と、前記候補値を最適値とするか否かの決定が行われる度に発生される乱数との比較に基づくことを特徴とする負荷駆動装置（請求項３）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、参照値を定める１以上のパラメータを任意に設定することができるため、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とするか否かを決定するための確率を、負荷駆動装置の仕様等に応じて柔軟かつ適切に設定することが可能となる。
【００１１】
（４）（２）または（３）項に記載の負荷駆動装置において、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とする確率は、前記最適値探索部による前記候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大することを特徴とする負荷駆動装置（請求項４）。
本項に記載の負荷駆動装置は、一般に、探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いという知見に基づいてなされたものであり、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とする確率を、最適値探索部による候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大させることによって、候補値の探索を過剰に繰り返すことを回避しつつ、デッドタイムの最適値を効果的に決定することが可能となる。
【００１２】
この際、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とするか否かを決定するための確率が、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と乱数との比較に基づいて定まる場合、これらのパラメータのうちの少なくとも１つが時間経過を反映するものとし、時間経過にしたがってこのパラメータの値を更新することによって、乱数と比較される参照値を減少させるものであってもよい。
【００１３】
さらに、上記の知見に鑑みて、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とする確率は、時間経過にしたがって一定の増大率をもって線形に増大するのではなく、その増大率も時間経過にしたがって増大するものであってもよい。
【００１４】
（５）（１）〜（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、デッドタイムと前記駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする負荷駆動装置（請求項５）。
【００１５】
（６）（１）〜（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、デッドタイムと前記スイッチング電源回路の出力電圧との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする負荷駆動装置（請求項６）。
【００１６】
（７）直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路とを備える負荷駆動装置の制御方法であって、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する段階と、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する段階と、前記候補値が最適値とされなかった場合、再び前記候補値を探索する段階と、を備えることを特徴とする制御方法（請求項７）。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る負荷駆動装置は、以上のように構成したため、スイッチング電源を備えた負荷駆動装置において、外乱等の影響を受けた場合でも、スイッチング電源のデッドタイムの最適値を誤認する可能性が低減するため、設定されるデッドタイムが、負荷駆動装置の効率を最大化する最適値であることに対する信頼性を向上させ、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図２】図１に示す負荷駆動装置のデッドタイム設定回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における負荷駆動装置１を示す回路構成図である。図１に示す負荷駆動装置１は、所謂降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成するものであり、直流電圧源Ｖｃｃに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有するスイッチング電源回路２と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオン／オフさせる駆動信号をこれらのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に供給するスイッチ制御回路３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなり、スイッチング電源回路２の出力電圧を検出する電圧検出回路４と、検出した出力電圧と基準電圧Ｖｄｃとの誤差を出力するエラーアンプ８を含む補償回路５とを備えている。
【００２０】
スイッチング電源回路２において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチング素子Ｑ１のドレインは直流電圧源Ｖｃｃの正極側に接続されてハイ側のスイッチング素子として構成され、スイッチング素子Ｑ２のソースは直流電圧源Ｖｃｃの負極側（ＧＮＤ）に接続されてロー側のスイッチング素子として構成されている。スイッチング素子Ｑ１のソースとスイッチング素子Ｑ２のドレインは互いに接続されており、その接続点に、インダクタＬ１の一端が接続されている。そして、インダクタＬ１の他端は、コンデンサＣ１の一端に接続され、コンデンサＣ１の他端は、直流電圧源Ｖｃｃの負極側に接続されており、コンデンサＣ１と並列に負荷７が接続される。
【００２１】
スイッチ制御回路３は、補償回路５からの出力と、後述するデッドタイム設定回路６からの出力に基づいて、適切なデューティ比とデッドタイムを有する駆動信号（ゲート駆動信号）をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に出力し、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフすることによって、スイッチング電源回路２の所望の出力電圧を達成するものである。
【００２２】
本実施形態における負荷駆動装置１は、さらに、最適値探索部９及び確率演算部１０を含むデッドタイム設定回路６を有しており、以下、その動作の詳細について説明する。
尚、本実施形態において、補償回路５、スイッチ制御回路３、及びデッドタイム設定回路６は、一体のプログラマブルデバイスにより構成されることが好ましい。その際、デッドタイム設定回路６の最適値探索部９及び確率演算部１０は、好ましくは、以下に説明する動作を実行するソフトウェアモジュールとして実装されるものである。但し、本発明は、これらの構成要素の実装態様によって限定されるものではなく、また、デッドタイム設定回路６は、後述する制御動作を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、またはそれらの組合せによって実現されるものであってもよい。
【００２３】
図２は、負荷駆動装置１におけるデッドタイム設定回路６の制御動作を示すフローチャートであり、以下、図２を参照して、その動作をステップ毎に説明する。但し、デッドタイム設定回路６の基本動作は、ステップＳ１〜Ｓ１１から構成されるものであるため、まず、これらのステップについて説明し、付加的なステップＳ’１〜Ｓ’３については後述する。
【００２４】
まず、適切なトリガー信号等によりデッドタイム設定回路６の動作が開始された（Ｓｔａｒｔ）後、デッドタイム変数ｔｄに初期値ｔｄ_ｉｎｉｔｉａｌが設定される（ステップＳ１）。この際、初期値ｔｄ_ｉｎｉｔｉａｌとしては、通常、ある程度大きな値（すなわち、予想されるデッドタイムの最適値よりも長い時間に対応する値）が設定される。
ここで、このデッドタイム変数ｔｄの値はスイッチ制御回路３に出力され、スイッチ制御回路３は、このｔｄの値に基づいて設定されたデッドタイムを有する駆動信号をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対して出力する。
【００２５】
次に、デッドタイムの最適値変数ｔｄ_ｏｐｔにデッドタイム変数ｔｄの値が設定される（ステップＳ２）。次に、デッドタイム設定回路６は、スイッチ制御回路３から、駆動信号のこの時点のデューティ比Ｄを受け取り、デューティ比変数Ｄ_ｏｌｄにこのデューティ比Ｄが設定される（ステップＳ３）。
【００２６】
次に、デッドタイム変数ｔｄの値が所定の時間幅Δｔだけ短縮される（ｔｄ−Δｔが、新たなデッドタイム変数ｔｄの値として設定される）（ステップＳ４）。次に、デッドタイム設定回路６は、スイッチ制御回路３から、駆動信号のこの時点のデューティ比Ｄを受け取り、このデューティ比Ｄ（すなわち、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮した後のデューティ比）と、変数Ｄ_ｏｌｄの値（すなわち、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比）が比較される（ステップＳ５）。そして、このデューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄ以下（Ｄ≦Ｄ_ｏｌｄ）であった場合（ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ１０に移行する。
【００２７】
ステップＳ１０では、再びデューティ比Ｄと変数Ｄ_ｏｌｄの値とが比較され、デューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも減少していた場合（ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２では、この時点のデッドタイム変数ｔｄの値が最適値変数ｔｄ_ｏｐｔに設定される。すなわち、最適値変数ｔｄ＿ｏｐｔの値は、時間幅Δｔだけ短縮された値に更新され、その後、ステップＳ３以後のステップが繰り返される。また、ステップＳ１０において、デューティ比Ｄが以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも減少していなかった場合（ｎｏ）には、制御はステップＳ３に戻り、最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値を更新することなく、以後のステップが繰り返される。
【００２８】
一方、ステップＳ５において、デューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも増大していた（Ｄ＞Ｄ_ｏｌｄ）場合（ｎｏ）、制御は、ステップＳ６に移行する。本実施形態における負荷駆動装置１は、このときの最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値（すなわち、直前のステップＳ４において時間幅Δｔだけ短縮される以前のデッドタイム変数ｔｄの値）を、デッドタイムの最適値となり得る候補値とするものである。
【００２９】
このように、本実施形態における負荷駆動装置１において、図２に示すデッドタイム設定回路６の動作のうち、ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１０は、最適値探索部９の動作に相当するものであり、この最適値探索部９は、デッドタイムとスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動する駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索するものである。
そして、後続のステップＳ６〜Ｓ９は、最適値探索部９から候補値を受け取って、その候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部１０の動作に相当するものであり、次に、この確率演算部１０の動作について説明する。
【００３０】
確率演算部１０では、ステップＳ６において、次式（１）にしたがって参照値Ｐが算出される。
Ｐ＝ｅｘｐ[Ｋ{Ｄ_ｏｌｄ−Ｄ}／Ｔ] （１）
ここで、Ｄ_ｏｌｄ及びＤは、直前のステップＳ５で使用された値であり、Ｋ及びＴは、後述するように、それぞれ重み付け及び時間推移を表す正数のパラメータである。このステップでは、必ず「Ｄ＞Ｄ_ｏｌｄ」である（ステップＳ５参照）ため、「Ｄ_ｏｌｄ−Ｄ」は負数であり、算出される参照値Ｐは、「０＜Ｐ＜１」の範囲内にある。
次に、ステップＳ７において、０＜α＜１の範囲内で乱数α（例えば、一様乱数）を発生させ、ステップＳ８において、参照値Ｐと乱数αの大小が比較される。そして、この結果に応じて、候補値（この時点にける最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値）を、実際に最適値とするか否かが決定される（尚、この比較は、図２のステップＳ８におけるＲｏｕｎｄ[Ｐ]のように、参照値Ｐを任意の適切な桁数に丸めて実施するものであってもよく、以下では、Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]とした場合も含めて、単に参照値Ｐという）。
【００３１】
本実施形態では、ステップＳ８において、参照値Ｐが乱数αよりも小さい（Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]＜α）場合（ｙｅｓ）、制御はステップＳ９に移行し、ステップＳ９において、このときの候補値ｔｄ_ｏｐｔが、最適値としてデッドタイム変数ｔｄに設定される（ｔｄ＝ｔｄ_ｏｐｔ）。
これ以後、スイッチ制御回路３は、例えば、次にデッドタイム設定回路６の動作が起動されるまで、このデッドタイム変数ｔｄの値に基づくデッドタイムを有する駆動信号をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に供給し、負荷駆動装置１は、この駆動信号によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作でもって、負荷７を駆動することになる。
【００３２】
一方、ステップＳ８において、参照値Ｐが乱数α以上であった（Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]≧α）場合（ｎｏ）、制御はステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、デッドタイム設定回路６が始動してからこの時点までに、最適値探索部９により実行された候補値探索の回数（言い換えれば、これまでに確率演算部１０が候補値として最適値探索部９から受け取ったが、最適値とはされなかった候補値の個数）が、予め定められた最大繰り返し回数ｎに達したか否かが判別され、達していなかった場合（ｙｅｓ）、最適値探索部９のステップＳ２に戻って、この時点のデッドタイム変数の値ｔｄから、デッドタイムの最適値となり得る候補値の次の探索が開始される。
また、ステップＳ１１において、制御がステップＳ１１に到達した回数が、予め定められた最大繰り返し回数ｎに達した場合（ｎｏ）、制御はステップＳ９に移行し、ステップＳ９において、このときの候補値ｔｄ_ｏｐｔが、最適値としてデッドタイム変数ｔｄに設定される（ｔｄ＝ｔｄ_ｏｐｔ）。
【００３３】
ここで、本発明は、ステップＳ１１における判別の実装態様の詳細に限定されるものではないが、例えば、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６は、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒを備えており、図示は省略するが、ステップＳ１において、（ｔｄの初期値設定とともに）その初期値「１」が設定されるものとすることができる。そして、制御がステップＳ１１に達した場合、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値と最大繰り返し回数ｎとの比較が実施され、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値が最大繰り返し回数よりも小さい（Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒ＜ｎ）場合、Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値を１だけ増大させて（図示は省略する）ステップＳ２に移行し、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値が最大繰り返し回数以上（Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒ≧ｎ）であった場合、ステップＳ９に移行するものであってもよい。
【００３４】
このように、本実施形態における負荷駆動装置１では、そのデッドタイム設定回路６において、最適値探索部９が、デッドタイムと駆動信号のデューティ比との相関に基づいてデッドタイムの最適値となり得る候補値を見つけた場合でも、その候補値をそのまま最適値として設定するのではなく、所定の確率で候補値の探索を繰り返すことによって、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性を低減することができる。
【００３５】
その際、一般に、最適値探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いことが知られており、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６は、確率演算部１０が最適値探索部９から受け取った候補値を最適値とする確率（以下、選定確率という）が、最適値探索部による候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大するように設定されているものである。
【００３６】
この点について詳述すれば、次の通りである。すなわち、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６では、図２のステップＳ８に示すように、参照値Ｐが乱数αよりも小さい場合にそのときの候補値を最適値とするものであり、時間経過にしたがって選定確率を増大させるためには、時間経過にしたがって参照値Ｐを小さくすればよい。本実施形態において、このことは、参照値Ｐを決める上式（１）中の時間推移パラメータＴを時間経過にしたがって小さい値に更新し（このとき、重み付けパラメータＫは一定とする）、図２のステップＳ６において、参照値Ｐを上式（１）にしたがって算出する際に、この更新された時間推移パラメータＴの値を用いて算出することによって達成されるものである。
【００３７】
例えば、式（１）において、デューティ比Ｄが適切な単位で０．３、Ｄ＿ｏｌｄが０．２４である場合、重み付けパラメータＫ＝１００とし、時間推移パラメータＴの値を一定の時間幅毎に１０００、１００、１０、１と小さい値に更新していった場合、参照値Ｐは、それぞれ、約０．９９４０、約０．９４１８、約０．５４８８、約０．００２５と小さくなり、これに伴って、選定確率は増大することになる。例えば、時間推移パラメータＴ＝１０００（参照値Ｐが約０．９９４０）のときには、殆ど確実に候補値の探索が繰り返され、逆に、時間推移パラメータＴ＝１（参照値Ｐが約０．００２５）のときには、そのときの候補値が殆ど確実に最適値とされる。
【００３８】
このように、選定確率が時間経過とともに増大するように設定することで、探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いという事実を利用して、候補値の探索を過剰に繰り返すことを回避しつつ、デッドタイムの最適値を効果的に決定することが可能となる。また、この効果を奏する上で、上記の数値例のように、選定確率の増大率も時間とともに増大するように設定すれば、さらに有利である。
【００３９】
尚、本実施形態における負荷駆動装置１において、時間推移パラメータＴを時間経過にともなって更新するために、タイマー等を有してデッドタイム設定回路６の始動後の経過時間を測定するものであってもよく、あるいは、デッドタイム設定回路６の始動後、図２のステップＳ６に到達するステップ数等をカウントするものであってもよい。
【００４０】
本発明は、確率演算部１０における選定確率を定める具体的手段の実装態様によって限定されるものではないが、本実施形態のように、選定確率を定める参照値Ｐを、式（１）のような１以上のパラメータを含む数式により算出することによって、そのパラメータを、負荷駆動装置の仕様等に応じて適切に設定することができ、それによって、選定確率を柔軟かつ適切に設定することが可能となる。
さらに、本実施形態において、参照値Ｐを算出するために、上述したような特徴を備えた様々な数式を使用することは可能ではあるが、本発明者による検討によれば、上述したような、Ｄ_ｏｌｄ−Ｄに依存するとともにＫ、Ｔをパラメータに含む式（１）を実装したデッドタイム設定回路６により、良好な結果が得られることが分かった。
【００４１】
さらに、本実施形態における負荷駆動装置１は、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流Ｉｏを直接的、または、間接的に検知する手段をさらに備え、そのデッドタイム設定回路６において、図２に示すステップＳ’１〜Ｓ’３に示す動作も実行するものであってもよい。ステップＳ’１では、入力電圧Ｖｉｎおよび出力電流Ｉｏが測定され、これらの測定値がそれぞれ入力電圧変数Ｖｉｎ_ｏｌｄ、出力電流変数Ｉｏに設定され、ステップＳ’２において、Ｖｉｎ_ｏｌｄ、Ｉｏ_ｏｌｄの値に基づいて、許容入力電圧の下限Ｖｉｎ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｖｉｎ_Ｈｌｉｍｉｔ、及び許容出力電流の下限Ｉｏ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｉｏ_Ｈｌｉｍｉｔが設定される。そして、ステップＳ’３において、その時点における入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流Ｉｏの測定値が、それぞれの許容範囲内にある場合（ｙｅｓ）には、最適値探索部９における最適値の探索が続行され、許容範囲内にない場合（ｎｏ）には、最適値探索部９の動作がリセットされて、ステップＳ’１から再開される。
これによって、負荷駆動装置１において、外乱の影響をさらに効果的に排除して、信頼性の高いデッドタイムの最適値を設定することが可能となる。
尚、許容入力電圧の下限Ｖｉｎ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｖｉｎ_Ｈｌｉｍｉｔ、及び許容出力電流の下限Ｉｏ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｉｏ_Ｈｌｉｍｉｔは、ステップＳ’１、Ｓ‘２のように測定値に基づいて決めるのではなく、予め適切な値を設定するものであってもよい。
【００４２】
ここで、スイッチング電源回路２におけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の動作のデッドタイムには、ハイ側のスイッチング素子Ｑ１のオフからロー側のスイッチング素子Ｑ２のオンまでのデッドタイムと、ロー側のスイッチングＱ２のオフからハイ側のスイッチング素子Ｑ１のオンまでのデッドタイムの２種類のデッドタイムが存在しており、本実施形態における負荷駆動装置１は、これらの２種類のデッドタイムの両方に対して、デッドタイム設定回路６により最適値が設定されるものである。
また、デッドタイム設定回路６は、負荷駆動装置１の作動中、任意の適切なタイミングで始動させることが可能であり、例えば、負荷駆動装置１の動作開始後、周期的に始動させるものであってもよい。
【００４３】
以上、本発明に係る負荷駆動装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る負荷駆動装置は、図３に示す負荷駆動装置１ａのように、デッドタイム設定回路６が、補償回路５から出力電圧と基準電圧Ｖｄｃとの誤差情報が入力されるように構成され、最適値探索部９ａにおいて、デッドタイムとスイッチング電源回路２の出力電圧との相関に基づいて、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索するものであってもよい。
この場合、最適値探索部９ａは、図２に示した動作と同様の動作により、出力電圧が最大と判断されるポイント（デッドタイムの短縮に伴って、出力電圧が増大から減少に転じるポイント）におけるデッドタイムを、候補値として確率演算部１０に受け渡すものである。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ：負荷駆動装置、２：スイッチング電源回路、３：スイッチ制御回路、４：電圧検出回路、５：補償回路、６：デッドタイム設定回路、７：負荷、８：エラーアンプ、９，９ａ：最適値探索部、１０：確率演算部、Ｃ１：コンデンサ、Ｌ１：インダクタ、Ｑ１，Ｑ２：スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２：抵抗、Ｖｃｃ：直流電源電圧、Ｖｄｃ：基準電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動装置に関し、特に、スイッチング電源回路を備えた負荷駆動装置の低損失化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を用い、ＰＷＭ制御されたスイッチ駆動信号によりハイ（Ｈｉｇｈ）側のスイッチング素子とロー（Ｌｏｗ）側のスイッチング素子とを交互にオン／オフさせることで所望の出力電圧を得るスイッチング電源回路、及び、このようなスイッチグ電源回路を備えた負荷駆動装置が広く用いられている。
一般に、このようなスイッチング電源回路では、一方のスイッチング素子のオン状態から他方のスイッチング素子のオン状態に切り替えるときに、両方のスイッチング素子をオフにする所謂デッドタイムが設けられ、このデッドタイムの期間長は、スイッチング電源回路を備えた負荷駆動装置の効率に影響を及ぼすことが知られている。例えば、デッドタイム期間が長いと、還流電流による導通損失及び寄生ダイオードのリカバリ電流等による損失が増大し、効率が低下する。一方、デッドタイム期間が短すぎると、２つのスイッチング素子を貫通して短絡電流が流れ始めるため、やはり効率は低下する。したがって、負荷駆動装置の電力損失を低減し、その効率を改善するためには、最適なデッドタイムを設定することが望ましい。
【０００３】
この点に関連して、従来、最大の効率を達成するための最適なデッドタイムを設定することにより、同時に、スイッチング素子のデューティ比（１スイッチングサイクル中のオン時間の割合）が最小になることが報告されており、この事実に着目したデッドタイムの最適化アルゴリズムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このアルゴリズムは、最初にデッドタイムをある程度長い初期値に設定して、デューティ比を監視しながらデッドタイムを徐々に短くしていき、これに伴うデューティ比の変化が減少から増大に転じるポイント（すなわち、デューティ比が最小と判断されるポイント）のデッドタイムを、その最適値とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４１５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、負荷駆動装置は、実際には、作動中常に外乱の影響を受けており、そのデューティ比も外乱によってランダムに変動する可能性がある。したがって、単に上記のアルゴリズムを実装するのみでは、例えば、デッドタイム最適化動作の実行中に、入力電圧の低下や負荷電流の増大等により、デッドタイムを短くしたこととは無関係にデューティ比が増大する可能性があり、これによって、本来最適ではないデッドタイムの値を最適値として誤認するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外乱等の影響を受けた場合でも、スイッチング電源のデッドタイムの最適値を誤認する可能性を低減し、これによって電力損失を低減することが可能な負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路と、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路とを備える負荷駆動装置において、前記デッドタイム設定回路は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部と、該最適値探索部から前記候補値を受け取って、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項１）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、デッドタイム設定回路が、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部だけなく、最適値探索部から候補値を受け取って、候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることによって、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性が低減するため、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【０００９】
（２）（１）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とすることを決定するか、または、予め定められた最大繰り返し回数に達するまで、前記候補値の探索を繰り返すことを特徴とする負荷駆動装置（請求項２）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性をより確実に低減させ、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【００１０】
（３）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とするか否かを決定するための確率は、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と、前記候補値を最適値とするか否かの決定が行われる度に発生される乱数との比較に基づくことを特徴とする負荷駆動装置（請求項３）。
本項に記載の負荷駆動装置によれば、参照値を定める１以上のパラメータを任意に設定することができるため、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とするか否かを決定するための確率を、負荷駆動装置の仕様等に応じて柔軟かつ適切に設定することが可能となる。
【００１１】
（４）（２）または（３）項に記載の負荷駆動装置において、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とする確率は、前記最適値探索部による前記候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大することを特徴とする負荷駆動装置（請求項４）。
本項に記載の負荷駆動装置は、一般に、探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いという知見に基づいてなされたものであり、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とする確率を、最適値探索部による候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大させることによって、候補値の探索を過剰に繰り返すことを回避しつつ、デッドタイムの最適値を効果的に決定することが可能となる。
【００１２】
この際、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とするか否かを決定するための確率が、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と乱数との比較に基づいて定まる場合、これらのパラメータのうちの少なくとも１つが時間経過を反映するものとし、時間経過にしたがってこのパラメータの値を更新することによって、乱数と比較される参照値を減少させるものであってもよい。
【００１３】
さらに、上記の知見に鑑みて、確率演算部が最適値探索部から受け取った候補値を最適値とする確率は、時間経過にしたがって一定の増大率をもって線形に増大するのではなく、その増大率も時間経過にしたがって増大するものであってもよい。
【００１４】
（５）（１）〜（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、デッドタイムと前記駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする負荷駆動装置（請求項５）。
【００１５】
（６）（１）〜（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記最適値探索部は、デッドタイムと前記スイッチング電源回路の出力電圧との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする負荷駆動装置（請求項６）。
【００１６】
（７）直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路とを備える負荷駆動装置の制御方法であって、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する段階と、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する段階と、前記候補値が最適値とされなかった場合、再び前記候補値を探索する段階と、を備えることを特徴とする制御方法（請求項７）。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る負荷駆動装置は、以上のように構成したため、スイッチング電源を備えた負荷駆動装置において、外乱等の影響を受けた場合でも、スイッチング電源のデッドタイムの最適値を誤認する可能性が低減するため、設定されるデッドタイムが、負荷駆動装置の効率を最大化する最適値であることに対する信頼性を向上させ、負荷駆動装置の電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図２】図１に示す負荷駆動装置のデッドタイム設定回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における負荷駆動装置１を示す回路構成図である。図１に示す負荷駆動装置１は、所謂降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成するものであり、直流電圧源Ｖｃｃに直列に接続された２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有するスイッチング電源回路２と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオン／オフさせる駆動信号をこれらのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に供給するスイッチ制御回路３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなり、スイッチング電源回路２の出力電圧を検出する電圧検出回路４と、検出した出力電圧と基準電圧Ｖｄｃとの誤差を出力するエラーアンプ８を含む補償回路５とを備えている。
【００２０】
スイッチング電源回路２において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチング素子Ｑ１のドレインは直流電圧源Ｖｃｃの正極側に接続されてハイ側のスイッチング素子として構成され、スイッチング素子Ｑ２のソースは直流電圧源Ｖｃｃの負極側（ＧＮＤ）に接続されてロー側のスイッチング素子として構成されている。スイッチング素子Ｑ１のソースとスイッチング素子Ｑ２のドレインは互いに接続されており、その接続点に、インダクタＬ１の一端が接続されている。そして、インダクタＬ１の他端は、コンデンサＣ１の一端に接続され、コンデンサＣ１の他端は、直流電圧源Ｖｃｃの負極側に接続されており、コンデンサＣ１と並列に負荷７が接続される。
【００２１】
スイッチ制御回路３は、補償回路５からの出力と、後述するデッドタイム設定回路６からの出力に基づいて、適切なデューティ比とデッドタイムを有する駆動信号（ゲート駆動信号）をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に出力し、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフすることによって、スイッチング電源回路２の所望の出力電圧を達成するものである。
【００２２】
本実施形態における負荷駆動装置１は、さらに、最適値探索部９及び確率演算部１０を含むデッドタイム設定回路６を有しており、以下、その動作の詳細について説明する。
尚、本実施形態において、補償回路５、スイッチ制御回路３、及びデッドタイム設定回路６は、一体のプログラマブルデバイスにより構成されることが好ましい。その際、デッドタイム設定回路６の最適値探索部９及び確率演算部１０は、好ましくは、以下に説明する動作を実行するソフトウェアモジュールとして実装されるものである。但し、本発明は、これらの構成要素の実装態様によって限定されるものではなく、また、デッドタイム設定回路６は、後述する制御動作を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、またはそれらの組合せによって実現されるものであってもよい。
【００２３】
図２は、負荷駆動装置１におけるデッドタイム設定回路６の制御動作を示すフローチャートであり、以下、図２を参照して、その動作をステップ毎に説明する。但し、デッドタイム設定回路６の基本動作は、ステップＳ１〜Ｓ１１から構成されるものであるため、まず、これらのステップについて説明し、付加的なステップＳ’１〜Ｓ’３については後述する。
【００２４】
まず、適切なトリガー信号等によりデッドタイム設定回路６の動作が開始された（Ｓｔａｒｔ）後、デッドタイム変数ｔｄに初期値ｔｄ_ｉｎｉｔｉａｌが設定される（ステップＳ１）。この際、初期値ｔｄ_ｉｎｉｔｉａｌとしては、通常、ある程度大きな値（すなわち、予想されるデッドタイムの最適値よりも長い時間に対応する値）が設定される。
ここで、このデッドタイム変数ｔｄの値はスイッチ制御回路３に出力され、スイッチ制御回路３は、このｔｄの値に基づいて設定されたデッドタイムを有する駆動信号をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対して出力する。
【００２５】
次に、デッドタイムの最適値変数ｔｄ_ｏｐｔにデッドタイム変数ｔｄの値が設定される（ステップＳ２）。次に、デッドタイム設定回路６は、スイッチ制御回路３から、駆動信号のこの時点のデューティ比Ｄを受け取り、デューティ比変数Ｄ_ｏｌｄにこのデューティ比Ｄが設定される（ステップＳ３）。
【００２６】
次に、デッドタイム変数ｔｄの値が所定の時間幅Δｔだけ短縮される（ｔｄ−Δｔが、新たなデッドタイム変数ｔｄの値として設定される）（ステップＳ４）。次に、デッドタイム設定回路６は、スイッチ制御回路３から、駆動信号のこの時点のデューティ比Ｄを受け取り、このデューティ比Ｄ（すなわち、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮した後のデューティ比）と、変数Ｄ_ｏｌｄの値（すなわち、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比）が比較される（ステップＳ５）。そして、このデューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄ以下（Ｄ≦Ｄ_ｏｌｄ）であった場合（ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ１０に移行する。
【００２７】
ステップＳ１０では、再びデューティ比Ｄと変数Ｄ_ｏｌｄの値とが比較され、デューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも減少していた場合（ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２では、この時点のデッドタイム変数ｔｄの値が最適値変数ｔｄ_ｏｐｔに設定される。すなわち、最適値変数ｔｄ＿ｏｐｔの値は、時間幅Δｔだけ短縮された値に更新され、その後、ステップＳ３以後のステップが繰り返される。また、ステップＳ１０において、デューティ比Ｄが以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも減少していなかった場合（ｎｏ）には、制御はステップＳ３に戻り、最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値を更新することなく、以後のステップが繰り返される。
【００２８】
一方、ステップＳ５において、デューティ比Ｄが、デッドタイムを時間幅Δｔだけ短縮する以前のデューティ比Ｄ_ｏｌｄよりも増大していた（Ｄ＞Ｄ_ｏｌｄ）場合（ｎｏ）、制御は、ステップＳ６に移行する。本実施形態における負荷駆動装置１は、このときの最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値（すなわち、直前のステップＳ４において時間幅Δｔだけ短縮される以前のデッドタイム変数ｔｄの値）を、デッドタイムの最適値となり得る候補値とするものである。
【００２９】
このように、本実施形態における負荷駆動装置１において、図２に示すデッドタイム設定回路６の動作のうち、ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１０は、最適値探索部９の動作に相当するものであり、この最適値探索部９は、デッドタイムとスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動する駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索するものである。
そして、後続のステップＳ６〜Ｓ９は、最適値探索部９から候補値を受け取って、その候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部１０の動作に相当するものであり、次に、この確率演算部１０の動作について説明する。
【００３０】
確率演算部１０では、ステップＳ６において、次式（１）にしたがって参照値Ｐが算出される。
Ｐ＝ｅｘｐ[Ｋ{Ｄ_ｏｌｄ−Ｄ}／Ｔ] （１）
ここで、Ｄ_ｏｌｄ及びＤは、直前のステップＳ５で使用された値であり、Ｋ及びＴは、後述するように、それぞれ重み付け及び時間推移を表す正数のパラメータである。このステップでは、必ず「Ｄ＞Ｄ_ｏｌｄ」である（ステップＳ５参照）ため、「Ｄ_ｏｌｄ−Ｄ」は負数であり、算出される参照値Ｐは、「０＜Ｐ＜１」の範囲内にある。
次に、ステップＳ７において、０＜α＜１の範囲内で乱数α（例えば、一様乱数）を発生させ、ステップＳ８において、参照値Ｐと乱数αの大小が比較される。そして、この結果に応じて、候補値（この時点にける最適値変数ｔｄ_ｏｐｔの値）を、実際に最適値とするか否かが決定される（尚、この比較は、図２のステップＳ８におけるＲｏｕｎｄ[Ｐ]のように、参照値Ｐを任意の適切な桁数に丸めて実施するものであってもよく、以下では、Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]とした場合も含めて、単に参照値Ｐという）。
【００３１】
本実施形態では、ステップＳ８において、参照値Ｐが乱数αよりも小さい（Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]＜α）場合（ｙｅｓ）、制御はステップＳ９に移行し、ステップＳ９において、このときの候補値ｔｄ_ｏｐｔが、最適値としてデッドタイム変数ｔｄに設定される（ｔｄ＝ｔｄ_ｏｐｔ）。
これ以後、スイッチ制御回路３は、例えば、次にデッドタイム設定回路６の動作が起動されるまで、このデッドタイム変数ｔｄの値に基づくデッドタイムを有する駆動信号をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に供給し、負荷駆動装置１は、この駆動信号によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作でもって、負荷７を駆動することになる。
【００３２】
一方、ステップＳ８において、参照値Ｐが乱数α以上であった（Ｒｏｕｎｄ[Ｐ]≧α）場合（ｎｏ）、制御はステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、デッドタイム設定回路６が始動してからこの時点までに、最適値探索部９により実行された候補値探索の回数（言い換えれば、これまでに確率演算部１０が候補値として最適値探索部９から受け取ったが、最適値とはされなかった候補値の個数）が、予め定められた最大繰り返し回数ｎに達したか否かが判別され、達していなかった場合（ｙｅｓ）、最適値探索部９のステップＳ２に戻って、この時点のデッドタイム変数の値ｔｄから、デッドタイムの最適値となり得る候補値の次の探索が開始される。
また、ステップＳ１１において、制御がステップＳ１１に到達した回数が、予め定められた最大繰り返し回数ｎに達した場合（ｎｏ）、制御はステップＳ９に移行し、ステップＳ９において、このときの候補値ｔｄ_ｏｐｔが、最適値としてデッドタイム変数ｔｄに設定される（ｔｄ＝ｔｄ_ｏｐｔ）。
【００３３】
ここで、本発明は、ステップＳ１１における判別の実装態様の詳細に限定されるものではないが、例えば、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６は、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒを備えており、図示は省略するが、ステップＳ１において、（ｔｄの初期値設定とともに）その初期値「１」が設定されるものとすることができる。そして、制御がステップＳ１１に達した場合、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値と最大繰り返し回数ｎとの比較が実施され、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値が最大繰り返し回数よりも小さい（Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒ＜ｎ）場合、Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値を１だけ増大させて（図示は省略する）ステップＳ２に移行し、ループカウンタ変数Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒの値が最大繰り返し回数以上（Ｌｏｏｐ Ｃｏｕｎｔｅｒ≧ｎ）であった場合、ステップＳ９に移行するものであってもよい。
【００３４】
このように、本実施形態における負荷駆動装置１では、そのデッドタイム設定回路６において、最適値探索部９が、デッドタイムと駆動信号のデューティ比との相関に基づいてデッドタイムの最適値となり得る候補値を見つけた場合でも、その候補値をそのまま最適値として設定するのではなく、所定の確率で候補値の探索を繰り返すことによって、外乱の影響によるデッドタイムの最適値の誤認が発生する可能性を低減することができる。
【００３５】
その際、一般に、最適値探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いことが知られており、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６は、確率演算部１０が最適値探索部９から受け取った候補値を最適値とする確率（以下、選定確率という）が、最適値探索部による候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大するように設定されているものである。
【００３６】
この点について詳述すれば、次の通りである。すなわち、本実施形態におけるデッドタイム設定回路６では、図２のステップＳ８に示すように、参照値Ｐが乱数αよりも小さい場合にそのときの候補値を最適値とするものであり、時間経過にしたがって選定確率を増大させるためには、時間経過にしたがって参照値Ｐを小さくすればよい。本実施形態において、このことは、参照値Ｐを決める上式（１）中の時間推移パラメータＴを時間経過にしたがって小さい値に更新し（このとき、重み付けパラメータＫは一定とする）、図２のステップＳ６において、参照値Ｐを上式（１）にしたがって算出する際に、この更新された時間推移パラメータＴの値を用いて算出することによって達成されるものである。
【００３７】
例えば、式（１）において、デューティ比Ｄが適切な単位で０．３、Ｄ＿ｏｌｄが０．２４である場合、重み付けパラメータＫ＝１００とし、時間推移パラメータＴの値を一定の時間幅毎に１０００、１００、１０、１と小さい値に更新していった場合、参照値Ｐは、それぞれ、約０．９９４０、約０．９４１８、約０．５４８８、約０．００２５と小さくなり、これに伴って、選定確率は増大することになる。例えば、時間推移パラメータＴ＝１０００（参照値Ｐが約０．９９４０）のときには、殆ど確実に候補値の探索が繰り返され、逆に、時間推移パラメータＴ＝１（参照値Ｐが約０．００２５）のときには、そのときの候補値が殆ど確実に最適値とされる。
【００３８】
このように、選定確率が時間経過とともに増大するように設定することで、探索の開始後初期に見つかった候補値ほど、本来の最適値ではない可能性が高いという事実を利用して、候補値の探索を過剰に繰り返すことを回避しつつ、デッドタイムの最適値を効果的に決定することが可能となる。また、この効果を奏する上で、上記の数値例のように、選定確率の増大率も時間とともに増大するように設定すれば、さらに有利である。
【００３９】
尚、本実施形態における負荷駆動装置１において、時間推移パラメータＴを時間経過にともなって更新するために、タイマー等を有してデッドタイム設定回路６の始動後の経過時間を測定するものであってもよく、あるいは、デッドタイム設定回路６の始動後、図２のステップＳ６に到達するステップ数等をカウントするものであってもよい。
【００４０】
本発明は、確率演算部１０における選定確率を定める具体的手段の実装態様によって限定されるものではないが、本実施形態のように、選定確率を定める参照値Ｐを、式（１）のような１以上のパラメータを含む数式により算出することによって、そのパラメータを、負荷駆動装置の仕様等に応じて適切に設定することができ、それによって、選定確率を柔軟かつ適切に設定することが可能となる。
さらに、本実施形態において、参照値Ｐを算出するために、上述したような特徴を備えた様々な数式を使用することは可能ではあるが、本発明者による検討によれば、上述したような、Ｄ_ｏｌｄ−Ｄに依存するとともにＫ、Ｔをパラメータに含む式（１）を実装したデッドタイム設定回路６により、良好な結果が得られることが分かった。
【００４１】
さらに、本実施形態における負荷駆動装置１は、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流Ｉｏを直接的、または、間接的に検知する手段をさらに備え、そのデッドタイム設定回路６において、図２に示すステップＳ’１〜Ｓ’３に示す動作も実行するものであってもよい。ステップＳ’１では、入力電圧Ｖｉｎおよび出力電流Ｉｏが測定され、これらの測定値がそれぞれ入力電圧変数Ｖｉｎ_ｏｌｄ、出力電流変数Ｉｏに設定され、ステップＳ’２において、Ｖｉｎ_ｏｌｄ、Ｉｏ_ｏｌｄの値に基づいて、許容入力電圧の下限Ｖｉｎ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｖｉｎ_Ｈｌｉｍｉｔ、及び許容出力電流の下限Ｉｏ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｉｏ_Ｈｌｉｍｉｔが設定される。そして、ステップＳ’３において、その時点における入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流Ｉｏの測定値が、それぞれの許容範囲内にある場合（ｙｅｓ）には、最適値探索部９における最適値の探索が続行され、許容範囲内にない場合（ｎｏ）には、最適値探索部９の動作がリセットされて、ステップＳ’１から再開される。
これによって、負荷駆動装置１において、外乱の影響をさらに効果的に排除して、信頼性の高いデッドタイムの最適値を設定することが可能となる。
尚、許容入力電圧の下限Ｖｉｎ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｖｉｎ_Ｈｌｉｍｉｔ、及び許容出力電流の下限Ｉｏ_Ｌｌｉｍｉｔ及び上限Ｉｏ_Ｈｌｉｍｉｔは、ステップＳ’１、Ｓ‘２のように測定値に基づいて決めるのではなく、予め適切な値を設定するものであってもよい。
【００４２】
ここで、スイッチング電源回路２におけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の動作のデッドタイムには、ハイ側のスイッチング素子Ｑ１のオフからロー側のスイッチング素子Ｑ２のオンまでのデッドタイムと、ロー側のスイッチングＱ２のオフからハイ側のスイッチング素子Ｑ１のオンまでのデッドタイムの２種類のデッドタイムが存在しており、本実施形態における負荷駆動装置１は、これらの２種類のデッドタイムの両方に対して、デッドタイム設定回路６により最適値が設定されるものである。
また、デッドタイム設定回路６は、負荷駆動装置１の作動中、任意の適切なタイミングで始動させることが可能であり、例えば、負荷駆動装置１の動作開始後、周期的に始動させるものであってもよい。
【００４３】
以上、本発明に係る負荷駆動装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る負荷駆動装置は、図３に示す負荷駆動装置１ａのように、デッドタイム設定回路６が、補償回路５から出力電圧と基準電圧Ｖｄｃとの誤差情報が入力されるように構成され、最適値探索部９ａにおいて、デッドタイムとスイッチング電源回路２の出力電圧との相関に基づいて、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索するものであってもよい。
この場合、最適値探索部９ａは、図２に示した動作と同様の動作により、出力電圧が最大と判断されるポイント（デッドタイムの短縮に伴って、出力電圧が増大から減少に転じるポイント）におけるデッドタイムを、候補値として確率演算部１０に受け渡すものである。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ：負荷駆動装置、２：スイッチング電源回路、３：スイッチ制御回路、４：電圧検出回路、５：補償回路、６：デッドタイム設定回路、７：負荷、８：エラーアンプ、９，９ａ：最適値探索部、１０：確率演算部、Ｃ１：コンデンサ、Ｌ１：インダクタ、Ｑ１，Ｑ２：スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２：抵抗、Ｖｃｃ：直流電源電圧、Ｖｄｃ：基準電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路と、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路とを備える負荷駆動装置において、
前記デッドタイム設定回路は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部と、該最適値探索部から前記候補値を受け取って、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記最適値探索部は、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とすることを決定するか、または、予め定められた最大繰り返し回数に達するまで、前記候補値の探索を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とするか否かを決定するための確率は、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と、前記候補値を最適値とするか否かの決定が行われる度に発生される乱数との比較に基づくことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とする確率は、前記最適値探索部による前記候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大することを特徴とする請求項２または３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記最適値探索部は、デッドタイムと前記駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記最適値探索部は、デッドタイムと前記スイッチング電源回路の出力電圧との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路とを備える負荷駆動装置の制御方法であって、
前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する段階と、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する段階と、前記候補値が最適値とされなかった場合、再び前記候補値を探索する段階と、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１】
直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路と、前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムを設定するデッドタイム設定回路とを備える負荷駆動装置において、
前記デッドタイム設定回路は、デッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する最適値探索部と、該最適値探索部から前記候補値を受け取って、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する確率演算部とを備えることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記最適値探索部は、前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とすることを決定するか、または、予め定められた最大繰り返し回数に達するまで、前記候補値の探索を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とするか否かを決定するための確率は、１以上のパラメータに基づいて算出される参照値と、前記候補値を最適値とするか否かの決定が行われる度に発生される乱数との比較に基づくことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記確率演算部が前記最適値探索部から受け取った前記候補値を最適値とする確率は、前記最適値探索部による前記候補値の探索の開始からの時間経過にしたがって増大することを特徴とする請求項２または３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記最適値探索部は、デッドタイムと前記駆動信号のデューティ比との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記最適値探索部は、デッドタイムと前記スイッチング電源回路の出力電圧との相関に基づいて、前記候補値を探索することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
直流電圧源に直列に接続された２つのスイッチング素子を有するスイッチング電源回路と、前記スイッチング素子をオン／オフさせる駆動信号を前記スイッチング素子に供給するスイッチ制御回路とを備える負荷駆動装置の制御方法であって、
前記２つのスイッチング素子の両方がオフとなるデッドタイムの最適値となり得る候補値を探索する段階と、前記候補値を最適値とするか否かを確率に基づいて決定する段階と、前記候補値が最適値とされなかった場合、再び前記候補値を探索する段階と、を備えることを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２０５８３７（Ｐ２０１１−２０５８３７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２４８８（Ｐ２０１０−７２４８８）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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