説明

電源制御装置および電源装置

【課題】負荷変動により一定の周期で電流が変動する場合に、的確に電源電圧の変動を抑えることができる電源制御装置および電源装置を提供する。
【解決手段】直流電源に直列に接続されたスイッチ素子をオン、オフ制御して、接続された負荷に予め設定された定電圧を供給する電源装置に含まれる電源制御装置であって、負荷への出力電流を検出するセンス抵抗の電圧がコンパレータの閾値を超えた場合の第1のオン信号と第1のオン信号に続く第2のオン信号までの時間を検出して、第2のオン信号を検出した時間遅延させてスイッチ素子をオン状態にするパルス幅変調信号を発生させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、負荷電流が急変した際の電源電圧の変動を抑える回路を有した電源制御装置および電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電源装置としての典型的なものとして、スイッチング電源(以下、DCDC)などが用いられる電源装置があげられる。このような電源装置においては、入力電圧とスイッチ部をオン・オフさせる時間の割合(デューティーサイクル)によって出力電圧が決定される。
【0003】
そして電源装置には、負荷側の電圧を常にモニターしてその変動を電源側の動作にフィードバックする回路が組み込まれている。フィードバックされた電圧値によってスイッチ部をオン・オフさせ、予め設定された出力電圧を供給する。
【0004】
図3は従来の昇圧型DCDCコンバータのブロック図を示している。図3において、電源装置1から負荷装置2に出力された電圧は、分圧抵抗R2、R3によって分圧され、エラーアンプ11に接続されて基準電圧Vrefと比較される。そして、エラーアンプ11の出力とランプ信号発生部14の出力が、PWM(Pulse Width Modulation) Control部15に接続される。ランプ信号との比較によって、PWM Control部15からパルス波形が出力され、一定の周期で電圧監視してスイッチ素子17をオン・オフ制御し出力電圧が制御される。
【0005】
スイッチ素子17がオンされると入力電源EからインダクタLに磁気エネルギーが蓄積され、スイッチ素子17がオフされるとインダクタLに蓄積された磁気エネルギーがショットキーバリアダイオードDによって平滑化され負荷装置2に電圧が供給される。
【0006】
以上が一般的な昇圧型DCDCコンバータの回路動作である。しかしながら、スイッチ素子17がオフのときは次のオンパルスのスイッチング周期までスイッチ素子をオンできない。従って、スイッチ素子17がオフの期間に、負荷装置2による影響で出力電流が変動した場合、出力電圧は変化してしまい安定した電圧を維持することができない。
【0007】
スイッチ素子17がオフの期間でも変動した電圧を安定させるためには、出力電圧の変動からオンパルスを生成し、強制的にスイッチ素子17をオンさせる必要がある。例えば、負荷電流が急変した際の電源電圧の変動を抑えるために、PWMオン信号終了後の負荷電流の急変によって電圧が降下し、誤差電圧が所定のしきい電圧を超えた場合、同一スイッチング周期内に2回目のPWMオンパルスを発生させる技術が提案されている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−005461号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記特許文献1に記載のものは、負荷に流れる電流が急増して出力電圧が変動した場合に、変動した電圧を補正するためのパルスが発生して電圧が補正される。しかしながら、内部の回路遅延によって電圧が変動したタイミングと電圧を補正させるタイミングがずれる可能性がある。
【0010】
すなわち、負荷に流れる電流が急増して変動した電圧を内部のコンパレータによってパルス生成させ、スイッチ部のオン、オフ制御から出力電圧を供給するまでに遅延時間がある。そのため、変動した電圧タイミングに対してズレが生じるという問題点がある。
【0011】
上記従来の問題を解決するために、本発明は、一定の周期毎に発生する急激な電流変動による電圧の変動がスイッチ部オフ時に発生した場合、電圧変動が発生した時間分後にスイッチ部をオンさせるパルス波を発生させることにより、負荷電流が急変した際の電源電圧の変動を抑えることができる電源制御装置および電源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】
【0012】
前記目的を達成するために、本発明の電源制御装置は、直流電源に直列に接続されたスイッチ素子をオン、オフ制御して、接続された負荷に予め設定された定電圧を供給する電源装置に含まれる電源制御装置であって、負荷への出力電流を検出するセンス抵抗の電圧がコンパレータの閾値を超えた場合の第1のオン信号と第1のオン信号に続く第2のオン信号までの時間を検出して、第2のオン信号を検出した時間遅延させてスイッチ素子をオン状態にするパルス幅変調信号を発生させることを特徴とする。
【0013】
また、本発明の電源装置は上記電源制御装置を含み、直流電源に直列に接続されたスイッチ素子をオン、オフ制御する。
【発明の効果】
【0014】
本発明の電源制御装置および電源装置によれば、負荷変動により一定の周期で電流が変動する場合に、的確に電源電圧の変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施の形態における電源装置の全体構成を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態における電源装置のタイミングチャート
【図3】従来の電源装置の全体構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における電源装置の全体ブロック図である。電源装置1は負荷装置2に接続されており、電源制御LSI(電源制御装置)10と、入力電源30と、入力コンデンサ31と、インダクタ32と、ショットキーバリアダイオード33と、出力コンデンサ34と、センス抵抗35と、抵抗36,37とを備えている。
【0017】
電源制御LSI10は、エラーアンプ11と、補償回路12と、減算器13と、ランプ信号発生部14と、PWM Control部15と、和算器16と、スイッチ素子17と、PWM発生回路20とを有している。
【0018】
PWM発生回路20は少なくとも、コンパレータ21と、パルスカウンタ回路22と、delay回路23とを有している。
【0019】
電源装置1は、負荷装置2に接続されている電圧を制御する。スイッチ素子17は、ショットキーバリアダイオード33とインダクタ32に接続される。また、入力コンデンサ31と出力コンデンサ34は、バイパスコンデンサとして電源装置1の電源ラインに接続される。
【0020】
スイッチ素子17がオンされると入力電源30からインダクタ32に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチ素子17がオフされるとインダクタ32に蓄積された磁気エネルギーがショットキーバリアダイオード33によって平滑化され負荷装置2に電圧が供給される。
【0021】
本実施の形態においては、負荷装置2により一定の周期で電流変動による電圧変動があることを前提として説明する。
まず、PWM発生回路20の動作について説明する。負荷装置2によって電源回路の出力電流が急激に変動した場合、センス抵抗35に定常以上のパルス電流が流れる。
【0022】
パルス電流が発生すると、センス抵抗35によって電流電圧変換され、コンパレータ21に入力される。コンパレータ21はオフセット電圧を持ち、オフセット電圧を電流閾値として、パルス電流がその電流閾値を超えるとオン信号を出力する。そして、それによりコンパレータ21から出力されるオン信号がパルスカウンタ回路22に入力される。
【0023】
パルスカウンタ回路22はオン信号が入力されてからカウントを開始し、2回目のオン信号が入力されるまでの時間(時間x)を検出する。delay回路23は2回目のオン信号を、パルスカウンタ回路22で検出された時間(時間x)遅延させてオン信号を出力する。
【0024】
パルスカウンタ回路22は2回目のオン信号が入力されてからカウントを開始し、3回目のオン信号が入力されるまでの時間(時間y)を検出する。delay回路23は3回目のオン信号を、パルスカウンタ回路22で検出された時間(時間y)遅延させてオン信号を出力する。
【0025】
すなわち、パルス電流が発生した場合のみコンパレータ21によりオン信号が発生し、オン信号間の時間を検出して、delay回路23はオン信号をその時間だけ遅延させて出力する。負荷装置2から一定の周期で電流変動がある場合には、次のパルス電流が発生するタイミングにあわせてスイッチ素子17にオン信号が入力されることになる。
【0026】
このように、PWM発生回路20を有することにより、PWMオフ時に出力の電流が変動した場合、電圧変動が生じるタイミングに合わせて出力電圧の低下を抑制させるPWMオン信号(パルス幅変調信号)を生成することができる。そのため、負荷電流の変動があっても安定した電圧を出力できる。
【0027】
次に、電源制御LSI10の動作を図2を用いて説明する。図2は図1の電源装置1の動作を説明するタイミングチャートである。
【0028】
出力電圧は抵抗36,37により分圧され、その分電圧がフィードバック電圧としてエラーアンプ11に入力される。そして、エラーアンプ11で基準電圧Vrefと比較され、基準電圧Vrefより低くなると、オン信号が出力される(図2の(a))。ここで、基準電圧Vrefは、電源装置1から出力させる電圧値を予め見積もるための基準電圧である。なお、ここでは出力電圧を抵抗36,37により分圧して入力したが、出力電圧値によっては分圧せずにそのままエラーアンプ11に入力してもよい。
【0029】
出力が急激な電流変化をした場合、時刻T1にてコンパレータ21がオン信号(b)を出力し、パルスカウンタ回路22はカウントを開始する。
【0030】
エラーアンプ11から出力されるオン信号(a)のうち、減算器13に入力されるコンパレータ21のオン信号(b)が相殺されるため、減算器13から出力されるタイミング信号は図2の(c)のようになる。ここで、エラーアンプ11の基準電圧Vref、および/またはコンパレータ21において電流閾値となるオフセット電圧を、(a)と(b)のオン信号が相殺するように予めレベル調整しておく。
【0031】
次に、2回目の急激な電流変化が時刻T2で発生した場合、コンパレータ21がオン信号(b)を出力し、パルスカウンタ回路22はカウントを終了する。このときのコンパレータ21のオン信号(b)も、同様にエラーアンプ11から出力されるオン信号(a)と相殺される(図2の(c))。
【0032】
delay回路23は、時刻T2のオン信号(b)を、時刻T1のオン信号と時刻T2のオン信号の間の時間xだけ遅らせてオン信号(d)を出力する。
【0033】
同様に、delay回路23は、時刻T3のオン信号(b)を、時刻T2のオン信号と時刻T3のオン信号の間の時間yだけ遅らせてオン信号(d)を出力する。
【0034】
PWM Control部15からの出力信号と、delay回路23からの出力信号を和算器16に入力させ、オン信号(e)が出力される。スイッチ素子17はオン信号(e)によってオン・オフ動作し、一定の周期毎に電流変動が発生した場合でも負荷に安定な直流電圧を供給することができる。
【0035】
以上のように本実施の形態によれば、負荷装置2が一定の周期毎に電流引き込みを行う場合、電流変動による電圧変動を1つ前の電流変動によって時間をカウントさせて同期させることが可能であり、安定した定電圧を出力させることが可能である。
【0036】
なお、上記実施の形態では、スイッチ素子17は電源制御LSI(電源制御装置)10内部に含まれるものとして説明したが、電源制御LSI内部に含まず、外部に設ける構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明の電源制御装置および電源装置は、負荷変動により一定の周期で電流が変動する場合に、的確に電源電圧の変動を抑えられるという効果を有し、負荷に安定な直流電圧を供給できる電源装置等として有用である。
【符号の説明】
【0038】
1 電源装置
2 負荷装置
10 電源制御LSI(電源制御装置)
11 エラーアンプ
12 補償回路
13 減算器
14 ランプ信号発生部
15 PWM Control部
16 和算器
17 スイッチ素子
20 PWM発生回路
21 コンパレータ
22 パルスカウンタ回路
23 delay回路
30 入力電源
31 入力コンデンサ
32 インダクタ
33 ショットキーバリアダイオード
34 出力コンデンサ
35 センス抵抗
36、37 抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源に直列に接続されたスイッチ素子をオン、オフ制御して、接続された負荷に予め設定された定電圧を供給する電源装置に含まれる電源制御装置であって、前記負荷への出力電流を検出するセンス抵抗の電圧がコンパレータの閾値を超えた場合の第1のオン信号と前記第1のオン信号に続く第2のオン信号までの時間を検出して、前記第2のオン信号を前記検出した時間遅延させて前記スイッチ素子をオン状態にするパルス幅変調信号を発生させることを特徴とする電源制御装置。
【請求項2】
前記電源制御装置を含み、直流電源に直列に接続されたスイッチ素子をオン、オフ制御する電源装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−102589(P2013−102589A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−244229(P2011−244229)
【出願日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】