(57)【要約】【課題】非同期整流型のスイッチング方式を採用した電源装置の電流不連続モード時のノイズの発生を抑制可能にする。【解決手段】非同期整流型のＤＣ−ＤＣ降圧スイッチング方式の電源装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の出力側端子と負荷との間に直列に接続されるインダクタ素子を含む平滑化回路と、スイッチング素子の出力側端子と平滑化回路の入力側端子とにカソードが接続されアノードが接地されたダイオード素子とを有するＤＣ−ＤＣ変換手段と、インダクタ素子を流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流に応じてインダクタ素子を流れる電流を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
2018038168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非同期整流型のＤＣ−ＤＣ降圧スイッチング方式の電源装置であって、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力側端子と負荷との間に直列に接続されるインダクタ素子を含む平滑化回路と、前記スイッチング素子の出力側端子と前記平滑化回路の入力側端子とにカソードが接続されアノードが接地されたダイオード素子とを有するＤＣ−ＤＣ変換手段と、
前記インダクタ素子を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に応じて前記インダクタ素子を流れる電流を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出された電流が所定値よりも小さい場合に前記インダクタ素子を流れる電流を増加させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出された電流が所定値よりも大きい場合に前記インダクタ素子を流れる電流を減少させる、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
非同期整流型のＤＣ−ＤＣ降圧スイッチング方式の電源装置を有する車載装置であって、
前記電源装置は、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力側端子と負荷との間に直列に接続されるインダクタ素子を含む平滑化回路と、前記スイッチング素子の出力側端子と前記平滑化回路の入力側端子とにカソードが接続されアノードが接地されたダイオード素子とを有するＤＣ−ＤＣ変換手段と、
前記インダクタ素子を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に応じて前記インダクタ素子を流れる電流を制御する制御手段と、
を備える車載装置。
【請求項５】
非同期整流型のＤＣ−ＤＣ降圧スイッチング方式の電源装置を有する通信装置であって、
前記電源装置は、
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力側端子と負荷との間に直列に接続されるインダクタ素子を含む平滑化回路と、前記スイッチング素子の出力側端子と前記平滑化回路の入力側端子とにカソードが接続されアノードが接地されたダイオード素子とを有するＤＣ−ＤＣ変換手段と、
前記インダクタ素子を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に応じて前記インダクタ素子を流れる電流を制御する制御手段と、
を備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、車載装置及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両に搭載されるナビゲーション装置といった車載装置や携帯電話、スマートフォンといった通信機能を備える通信装置が知られている。上記装置は、例えば、上記装置の備えるバッテリといった電源の直流電圧をＤＣ（Direct Current）−ＤＣコンバータで変換し、上記装置内のセンサやプロセッサ等の電子機器の直流電圧を生成する電源装置を備えることが知られている。
【０００３】
電源装置のＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、リニア方式に比べてスイッチング方式は、電力の変換効率が高く電力損失が少ない傾向にある。スイッチング方式では、例えば、バッテリ等の電源から供給された電力をスイッチングのオン・オフ期間によって時分割し、時分割された電力を平滑回路等で平均化することで所望の出力電圧を生成する。なお、平滑回路には、平滑コイルと平滑コンデンサの組合せが一般的に使用される。
【０００４】
また、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、ダイオード素子を有する非同期整流型は、上記ダイオード素子をトランジスタ等で置き換えた同期整流型に比べて回路構成の簡素化が可能である。このため、車載装置や通信装置の備える電源装置においては、省電力化や小型軽量化に適している非同期整流型のスイッチング方式が採用される傾向にある。
【０００５】
なお、本明細書で説明する技術に関連する技術が記載されている先行技術文献としては、以下の特許文献が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１０４１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータに非同期整流型のスイッチング方式を採用した電源装置においては、電源装置に接続する負荷電流の大きさにより、電流連続モードと電流不連続モードの２つの動作モードが存在する。負荷電流の大きさが所定値以上の場合には、電源装置は電流連続モードで動作し、電源装置に接続するプロセッサ等の電子機器に安定した直流電圧を提供する。一方、負荷電流の大きさが所定値未満の場合には、電源装置は電流不連続モードで動作することになる。電流不連続モードでは、ダイオード素子の寄生容量と平滑回路の各素子との間で生ずるＬＣ共振を要因としたノイズが発生する虞があった。本発明は、非同期整流型のスイッチング方式を採用した電源装置の電流不連続モード時のノイズの発生を抑制可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の技術の一側面は、非同期整流型のＤＣ−ＤＣ降圧スイッチング方式の電源装置によって例示される。すなわち、電源装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子の出力側端子と負荷との間に直列に接続されるインダクタ素子を含む平滑化回路と、スイッチング素子の出力側端子と平滑化回路の入力側端子とにカソードが接続されアノードが接地されたダイオード素子とを有するＤＣ−ＤＣ変換手段と、インダクタ素子を流れる電流を
検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流に応じてインダクタ素子を流れる電流を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本電源装置によれば、非同期整流型のスイッチング方式を採用した電源装置の電流不連続モード時のノイズの発生が抑制可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の電源装置における不連続モードについての説明図である。
【図２】負荷電流が０Ａ近傍の場合における平滑コイル電流の説明図である。
【図３】本実施形態に係る電源装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図４】電流不連続モードの動作防止機能を説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係る電源装置の電流不連続モードの動作防止処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、一実施形態に係る電源装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本電源装置は実施形態の構成には限定されない。
【００１２】
＜実施の形態＞
＜１．装置構成＞
（電流不連続モードについて）
図１に、従来の電源装置における不連続モードについての説明図を例示する。図１に例示の電源装置２０は、ダイオード素子Ｄ２１を用いた非同期整流型のスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータである。図１において、電源装置２０は、スイッチング素子Ｔｒ２１、平滑コイルＬ２１、平滑コンデンサＣ２１を有する。平滑コイルＬ２１と平滑コンデンサＣ２１とは平滑回路を構成する。電源装置２０には、ＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧Ｖｏｕｔが供給されるセンサやプロセッサといった電子機器が接続する。図１の破線の矩形枠に示すように、電源装置２０に接続する電子機器は負荷抵抗Ｒ２１を有する。また、電源装置２０には、図示しないバッテリといった電源から供給された電力の直流電圧Ｖｉｎが印加される。なお、ダイオード素子Ｄ２１のカソード側に細破線で接続するＣｐ２１は、ダイオード素子Ｄ２１の寄生容量である。
【００１３】
電源装置２０は、バッテリ等から印加された直流電圧Ｖｉｎを、スイッチング素子Ｔｒ２１のスイッチングによって時分割し、平滑コイルＬ２１と平滑コンデンサＣ２１から構成される平滑回路で時分割された直流電圧を平滑化し所望の直流電圧Ｖｏｕｔを生成する。スイッチング素子Ｔｒ２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）といった半導体デバイスである。スイッチング素子Ｔｒ２１に
は、図示しないスイッチングのオン・オフ期間を制御する制御信号が入力される。スイッチングのオン・オフ期間の制御として、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）といった制御方式が例示される。
【００１４】
電源装置２０の平滑回路においては、スイッチングのオン期間に印加された電力の一部が磁気エネルギーとして変換され、平滑コイルＬ２１に蓄えられる。平滑コイルＬ２１に蓄えられた磁気エネルギーは、スイッチングのオフ期間に平滑コンデンサＣ２１、ダイオード素子Ｄ２１を介して還流電流として放電される。このため、平滑コイルＬ２１を流れる電流は、スイッチングのオン期間の立ち上がりに同期して直線状に増加し、オン期間の立下り直前の電流値からオン期間の立下りに同期して直線状に減少する三角波状の波形になる。
【００１５】
電源装置２０に接続する電子機器等が通常の運用時には、上記三角波状の電流は運用時の負荷電流に重畳するリップル電流として現れる。しかし、電源装置２０に接続する電子機器等が運用時から待機時や休止時に移行した場合には、軽負荷となり、負荷抵抗Ｒ２１の値が変動する。軽負荷となった電子機器等の負荷電流は、運用時の負荷電流の大きさに比べて相対的に小さくなる。特に、負荷電流が０アンペア（以下、０Ａとも称す）近傍の場合には、負荷電流に重畳するリップル電流の増加・減少の変化が、ＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧を供給する電子機器に対して影響することになる。
【００１６】
図２に、負荷電流が０Ａ近傍の場合における平滑コイルＬ２１電流の説明図を例示する。図２において、縦軸は平滑コイル２１電流の電流値を表し、横軸は経過時間を表す。また、図２において、グラフｇ１は、平滑コイルＬ２１電流の変化を表す。平滑コイルＬ２１を流れる電流は、スイッチングのオン期間の立ち上がりに同期して直線状に増加し、オン期間の立下り直前の電流値からオン期間の立下りに同期して直線状に減少する三角波状に変化する。なお、横軸に平行する破線直線は、電源装置２０に接続する電子機器等に供給される負荷電流Ｉｏｕｔを表す。負荷電流Ｉｏｕｔは、例えば、上記三角波状に変化する平滑コイルＬ２１電流値の時間平均として表すことができる。
【００１７】
図２のグラフｇ１に示すように、負荷電流が０Ａ近傍の場合には、三角波状の平滑コイルＬ２１電流は、０Ａを跨いで負側（マイナス側）に変化することになる。図２の領域Ｚ１で示すように、平滑コイルＬ２１電流の変化においては、負側の電流領域が含まれることになる。
【００１８】
図２の領域Ｚ１に示す電流領域では、平滑コイルＬ２１に流れる電流方向が、負荷側（負荷抵抗Ｒ２１）からスイッチング素子Ｔｒ２１側に向かう方向になる。しかしながら、ダイオード素子に流れる電流方向は、接地（ＧＮＤ）されるアノード側からスイッチング素子Ｔｒ２１に接続するカソード方向のため、平滑コイルＬ２１に流れる電流を引き込むことができない。このため、図２の領域Ｚ１に示す電流領域では、電源装置２０に接続する負荷側に電流が供給されない電流不連続モードが発生することになる。
【００１９】
電流不連続モードにおいては、ダイオード素子Ｄ２１の寄生容量Ｃｐ２１と、平滑回路を構成する平滑コイルＬ２１のインダクタンスおよび平滑コンデンサＣ２１の静電容量（キャパシタンス）との間でＬＣ共振が生ずることになる。ＬＣ共振が発生した電源装置２０においては、電子機器等に出力される直流電圧がＬＣ共振によって振動（リンギング）するため、高調波ノイズの発生源になる虞があった。
【００２０】
電源装置２０において高調波ノイズが発生した場合を想定する。電源装置２０を備える車載装置では、例えば、高調波ノイズは、ラジオ周波数やＴＶ映像等への電波干渉になる。ラジオにおいては、例えば、高調波ノイズが干渉する周波数帯への周波数同調（チューニング）が困難になったり、チューニング後の音声が聞き取りずらいといった事態が起こり得る。ＴＶ映像においても同様に、高調波ノイズの干渉により、映像乱れや音声乱れ等が起こり得る。電源装置２０を備える通信装置においても同様にして、高調波ノイズが干渉し、通信の不具合等が起こり得る。
【００２１】
（電流不連続モードへの対応の一例）
電流不連続モードの対応策として、例えば、電源装置２０内に予め一定の電流を流すための内部抵抗を設けることが考えられる。内部抵抗は、例えば、平滑コンデンサＣ２１と電源装置２０で生成した直流電圧Ｖｏｕｔの出力端子との間に設けることができる。電源装置２０においては、出力端子に接続する電子機器等の負荷電流が０Ａ近傍であっても、内部抵抗を介して流れる電流が負荷電流に対するオフセット電流となる。
オフセット電流が負荷電流に加わった状態では、電源装置２０は、図２に示す平滑コイ
ルＬ２１を流れる電流を、正側（プラス側）の領域内で三角波状に変化させることができる。このため、平滑コイルＬ２１を流れる電流の変化には、図２の領域Ｚ１に示す負側の電流領域は出現しない。内部抵抗を設けた電源装置２０においては、電流不連続モードは動作せず、連続モードの動作が継続できる。
【００２２】
しかしながら、付加した内部抵抗による電力の消費は、電力の変換効率の低下になり、電源装置２０の負荷側への電力供給能力の低下を引き起こす。また、電源装置２０の提供者（製造者）は、内部抵抗を介して予め定めた一定の電流を流すために、抵抗値のバラつきを考慮する必要がある。例えば、内部抵抗値のバラつきを保証するための補償回路等の付加がさらに要求される場合ある。さらに、電源装置２０の提供者は、付加した内部抵抗を流れる電流による発熱を考慮する必要がある。
このため、電源装置２０内に内部抵抗を付加する場合には、内部抵抗値のバラつきを保証する補償回路の付加等による部品数の増加になり、内部抵抗値毎に補償回路の構成が異なることによる設計コストや、内部抵抗の発熱を考慮した部品配置等の熱設計コスト等が増加することになる。したがって、電源装置２０の製造コストは増加することになる。
【００２３】
（本実施形態の電流不連続モードへの対応）
本実施形態の電源装置は、電源装置内を流れる電流検出回路を設ける。電源装置は、電流検出回路を介して負荷電流の大きさを監視する。そして、負荷電流の大きさを監視する電源装置は、軽負荷が生じた際の負荷電流の低下を検出する。電源装置は、負荷電流の低下が検出されたときは、電源装置内を流れる電流を増加させるよう機能する。なお、以下の説明では、電源装置によって増加された電流分を“内部消費電流”とも称する。内部消費電流は、オフセット電流として軽負荷時に低下した負荷電流に付加される。
【００２４】
本実施形態の電源装置によって内部消費電流が付加された状態の負荷電流の大きさは、軽負荷時の負荷電流の大きさに比べて相対的に増加する。このため、本実施形態の電源装置は、図２に示す平滑コイルＬ２１電流を、正側の領域内で三角波状に変化させることができる。本実施形態の電源装置は、軽負荷時の負荷電流の低下が生じた場合であっても負荷電流を増加するよう機能するため、例えば、図２に示すように、三角波状の平滑コイルＬ２１電流が０Ａを跨いで負側（マイナス側）に変化することはない。本実施形態の電源装置は、軽負荷時の負荷電流の低下が生じた場合であっても電流不連続モードの動作を抑制し、連続モードの動作を継続することが可能になる。
【００２５】
なお、電源装置は、電流検出回路を介して監視された負荷電流の大きさに応じて、内部消費電流の大きさを設定するとしてもよい。電源装置の提供する出力電圧のバリエーション、電源装置に接続する電子機器のバリエーションに応じて、電流不連続モードを抑制する負荷電流の増加機能が提供できる。
【００２６】
（本実施形態の装置構成例）
図３に、本実施形態に係る電源装置のハードウェア構成の一例を例示する。図３に例示の電源装置１０は、例えば、ナビゲーション装置といった車両に搭載される車載装置、スマートフォンや携帯電話といった通信機能を備える通信装置が備える電源装置である。なお、通信装置は、通信機能を有する装置であれば、ノートＰＣ（Personal Computer）、
タブレットＰＣ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった可搬可能な端末装置であってもよい。さらに、電源装置１０を搭載する機器は、供給電源の直流電圧を印加し、昇圧、降圧、昇降圧によるＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧を使用可能な機器であれば、ＰＣ、サーバといった情報処理装置であってもよい。
【００２７】
図３に示す電源装置１０は、非同期整流型のスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータである。また、図３に示す電源装置１０は、図示しないバッテリといった電源の電圧を降
圧するＤＣ−ＤＣコンバータの一例である。電源装置１０には、ＤＣ−ＤＣ変換後の降圧された直流電圧Ｖｏｕｔを使用するセンサやプロセッサといった電子機器が接続する。なお、以下の説明においては、電源装置１０では、ＤＣ−ＤＣ変換によって降圧された直流電圧Ｖｏｕｔが電子機器等に出力されるとして説明するが、昇圧、或いは、昇降圧時においても本実施形態の電源装置１０の提供する電流不連続モードの動作抑制機能は機能する。
【００２８】
図３において、電源装置１０は、スイッチング素子Ｔｒ１、ダイオード素子Ｄ１、平滑コイルＬ１（インダクタ素子）、平滑コンデンサＣ１を有する。平滑コイルＬ１と平滑コンデンサＣ１とは平滑回路を構成する。電源装置１０は、バッテリ等から印加された直流電圧Ｖｉｎを、スイッチング素子Ｔｒ１のスイッチングによって時分割し、平滑コイルＬ１と平滑コンデンサＣ１から構成される平滑回路で時分割された直流電圧を平滑化し、所望の直流電圧Ｖｏｕｔを生成する。なお、端子Ｔ１は、直流電圧Ｖｉｎが印加される端子であり、図示しないバッテリ等の電源が接続する。また、端子Ｔ２は、直流電圧Ｖｏｕｔが出力される端子であり、電源装置１０でＤＣ−ＤＣ変換された直流電圧が供給されるセンサやプロセッサといった電子機器が接続する。
【００２９】
また、本実施形態の電源装置１０は、電流検出抵抗Ｒ１、電流検出回路１、負荷制御回路２、破線の矩形枠で囲まれた負荷電流制御回路３を備える。電源装置１０は、電流検出抵抗Ｒ１、電流検出回路１を介して、ＤＣ−ＤＣ変換動作時の負荷電流の電流値を検出する。負荷制御回路２は、電流検出回路１で検出された負荷電流の大きさに応じて負荷電流制御回路３を制御する。負荷電流制御回路３は、負荷制御回路２の制御指示に基づいて、内部消費電流を発生させる。
【００３０】
スイッチング素子Ｔｒ１は、例えば、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Power MOSFET）といった半導体デバイスである。スイッチング素子Ｔｒ１には、図示しないスイッチングのオン・オフ期間を制御する制御信号が入力される。スイッチングのオン・オフ期間の制御として、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）といった制御方式が例示される。なお、以下の説明では、スイッチング素子Ｔｒ１は、ＭＯＳＦＥＴとして説明する。
【００３１】
図３に示すスイッチング素子Ｔｒ１のドレインは端子Ｔ１に接続し、同素子Ｔｒ１のソース（出力側端子）はダイオード素子Ｄ１のカソード側、平滑コイルＬ１の入力側が接続する。スイッチング素子のゲートには、スイッチングのオン・オフ期間を制御する制御信号が入力する。なお、平滑コイルＬ１を含む平滑回路は、スイッチング素子Ｔｒ１のソース（出力側端子）と、負荷が接続する端子Ｔ２との間の経路上に直列に接続される。また、ダイオード素子のアノードは、電源装置１０内のＧＮＤに接地されている。
【００３２】
スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに入力された制御信号のオン期間に同期してドレイン−ソース間は導通状態になり、ソースに接続する端子Ｔ２、および、ソースと端子Ｔ２間に設けられた平滑回路には入力電圧Ｖｉｎが印加される。平滑回路を構成する平滑コイルＬ１には、スイッチングのオン期間に印加された電力の一部（例えば、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの差分）が磁気エネルギーに変換されて蓄えられる。このため、平滑コイルＬ１を流れる電流は、入力電圧Ｖｉｎの印加時を起点として直線状に増加する。
【００３３】
また、スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに入力された制御信号のオフ期間に同期してドレイン−ソース間は遮断状態になり、平滑回路の平滑コイルＬ１に印加された入力電圧Ｖｉｎは遮断される。スイッチングのオン期間に平滑コイルＬ２１に蓄えられた磁気エネルギーは、スイッチングのオフ期間に平滑コンデンサＣ１、ダイオード素子Ｄ１を介して還流電流として放電される。このため、平滑コイルＬ１を流れる電流は、入力電圧Ｖｉｎの
遮断時を起点として直線状に減少する。すなわち、平滑コイルＬ２１を流れる電流は、スイッチングのオン期間の立ち上がりに同期して直線状に増加し、オン期間の立下りに同期して直線状に減少する三角波状の波形になる。
【００３４】
本実施形態の電源装置１０は、例えば、ＤＣ−ＤＣ変換動作時の平滑コイルＬ１を流れる電流の三角波状の電流値の変化を検出する。電源装置１０は、例えば、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流を電流検出回路１により検出する。なお、図３において、電流検出抵抗Ｒ１は、電流検出回路１が平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流を検出するための抵抗である。
【００３５】
但し、ＤＣ−ＤＣ変換動作時に電流検出回路１が電流を検出する位置は、電源装置１０内に流れる電流を監視可能な位置であればよい。電流の検出位置は、例えば、端子Ｔ１とスイッチング素子Ｔｒ１のドレインとを結ぶ経路上であってもよく、スイッチング素子Ｔｒ１のソースと平滑コイルＬ１の入力端とを結ぶ経路上であってもよい。また、電流の検出位置は、平滑コンデンサＣ１の入力端と端子Ｔ２とを結ぶ経路上であってもよい。以下では、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流を検出するものとして説明する。
【００３６】
本実施形態の電源装置１０は、電流検出回路１で検出された電流値の変化（負荷電流の大きさ）に基づいて、電流不連続モードの動作を防止するよう機能する。電流不連続モードの動作防止機能は、負荷制御回路２、負荷電流制御回路３の処理により提供される。
【００３７】
図４は、電流不連続モードの動作防止機能を説明する説明図である。図４の縦軸は、電流値を表し、横軸は経過時間を表す。また、グラフｇ２は、電流検出回路１を介して監視される電源装置１０内の電流変化を表す。電流検出回路１を介して監視される電源装置１０内の電流は、スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに入力された制御信号のオン・オフ期間の時間経過に従って変化する。
【００３８】
図４のグラフｇ２に示すように、平滑コイルＬ１を流れる電流値は、スイッチングのオン期間の立下りＰ３に同期して直線状に減少する。直線状に減少した電流値は、スイッチングのオン期間の立下りＰ３から一定期間の経過後に０Ａに到達し、電流不連続モードの動作が開始される。
【００３９】
本実施形態の電源装置１０は、負荷制御回路２、負荷電流制御回路３を介し、平滑コイルＬ１を流れる電流値が０Ａに到達する直前のタイミングＰ１で、内部消費電流を発生させる。発生させた内部消費電流は電源装置１０内に流れ込む。内部消費電流が電源装置１０内に流れ込んだ状態では、流れ込んだ内部消費電流が端子Ｔ２に接続する負荷電流に付加されることになる。
【００４０】
本実施形態の電源装置１０は、例えば、直線状に減少変化する電流値に対応して内部消費電流を流すことで、図２の領域Ｚ１に示す負側の電流領域に対応する期間の、電源装置１０内の電流変化を所定値（Ｉｃｎｔ）に維持することが可能になる。ここで、所定値とは、例えば、ダイオード素子Ｄ１の寄生容量、平滑回路を構成する平滑コイルＬ１のインダクタンス、平滑コンデンサＣ１の静電容量（キャパシタンス）から求められるＬＣ共振による電流の変動幅である。但し、電源装置１０は、上記のＬＣ共振による電流の変動幅に、マージンを持たせるとしてもよい。電源装置１０は、ＬＣ共振による電流の変動幅にマージンを持たせることで、例えば、各部品定数のバラつきを考慮することができる。
【００４１】
また、上記電流の変動幅の設定は、実験的に求められた結果に基づいて設定するとして
もよい。例えば、電源装置１０の製造者は、予め複数種類の電子機器等を電源装置１０に接続し、実験的に電流不連続モードを動作させて上記変動幅を測定する。そして、電源装置１０の製造者は変動幅の測定結果を統計的に解析し、解析結果に基づいて上記変動幅を設定するとしてもよい。
【００４２】
電源装置１０においては、平滑コイルＬ１を流れる電流は、スイッチングのオン期間の開始と共に増加するよう変化する。図４に示すように、電源装置１０は、平滑コイルＬ１を流れる電流値の増加変化を電流検出回路１で検出する。電源装置１０は、電流検出回路１で検出された電流値に基づいて、内部消費電流を減少するよう変化させる。電源装置１０は、平滑コイルＬ１を流れる電流が増加変化し所定値（Ｉｃｎｔ）を超えるときには（タイミングＰ２）、負荷制御回路２、負荷電流制御回路３を介し、タイミングＰ１で発生させた内部消費電流を停止（遮断）する。電源装置１０は、タイミングＰ２以降においては、電流連続モードで動作するからである。
【００４３】
電源装置１０においては、図４に示すように、電流不連続モードが動作する期間（Ｐ１−Ｐ２）では、内部消費電流が電源装置１０内に流れ込む状態になるため、図２を用いて説明したＬＣ共振の発生が抑制できる。ＬＣ共振の発生が抑制された電源装置１０においては、電流不連続モードが動作する期間（Ｐ１−Ｐ２）の直流電圧の振動（リンギング）が防止できる。本実施形態の電源装置１０よれば、電流不連続モード動作時の高調波ノイズの発生が防止可能になる。
【００４４】
図３に戻り、電流検出回路１として、例えば、コンパレータ回路、ＡＤ変換回路等が例示される。負荷制御回路２は、電流検出回路１を介して検出された電流値に基づいて、図４に示す電流不連続モードの動作を防止するように、内部消費電流を電源装置１０内に流す制御を行う。負荷制御回路２として、例えば、マイクロコントローラ（マイコン）、Digital Signal Processor(DSP)、Application Specific Integrated Circuit（ASIC）、Field-Programmable Gate Array(FPGA)等の専用large scale integration（LSI）等が例示
される。但し、負荷制御回路２の少なくとも一部にアナログ回路を含むとしてもよい。また、負荷制御回路２は、電流検出回路１、負荷電流制御回路３を組み合せたＳｏＣ（System-on-a-Chip）であってもよい。
【００４５】
負荷電流制御回路３は、負荷制御回路２の制御指示にしたがって内部消費電流を発生させる。負荷電流制御回路３として、例えば、図３に示すように、内部消費電流を発生するための最小負荷用抵抗Ｒ２とスイッチング素子ＳＷ１との組合せが例示される。負荷電流制御回路３は、負荷制御回路２の制御指示にしたがってスイッチング素子をオン状態にすることで、最小負荷用抵抗Ｒ２の抵抗値に対応する内部消費電流を電源装置１０のＧＮＤに流すことができる。また、負荷電流制御回路３は、負荷制御回路２の制御指示にしたがってスイッチング素子をオフ状態にすることで、内部消費電流の電源装置１０のＧＮＤへの流れ込みを遮断することができる。
【００４６】
なお、図３に示す負荷電流制御回路３において、最小負荷用抵抗Ｒ２の抵抗値は、例えば、図４に示す所定値（Ｉｃｎｔ）の内部消費電流値に対応する抵抗値である。但し、最小負荷用抵抗Ｒ２は、複数の抵抗が組合せられた抵抗ラダーで構成されるとしてもよい。最小負荷用抵抗Ｒ２が、抵抗ラダーで構成される場合には、負荷制御回路２は、スイッチング素子ＳＷ１のオン・オフ状態を指示すると共に、抵抗ラダーの抵抗値を指示するとすればよい。最小負荷用抵抗Ｒ２が抵抗ラダーで構成されることにより、電源装置１０は、電流検出回路１で検出された電流に応じて、きめ細やかな内部消費電流を発生することができる。
【００４７】
また、負荷電流制御回路３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴといった半導体デバイスで構成す
るとしてもよい。電源装置１０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのドレインを平滑コンデンサＣ１と端子Ｔ２とを結ぶ経路上に接続し、ＭＯＳＦＥＴのソースを電源装置１０のＧＮＤに接続する。そして、電源装置１０は、負荷制御回路２からの制御指示をＭＯＳＦＥＴのゲートに入力する。ＭＯＳＦＥＴがオン状態の際には、ドレイン−ソース間が導通し、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の寄生抵抗に沿った電流が内部消費電流として発生する。電源装置１０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の寄生抵抗値が図４に示す所定値（Ｉｃｎｔ）の内部消費電流値に対応する抵抗値となるように選定することで、最小負荷用抵抗Ｒ２とスイッチング素子ＳＷ１との組合せと同様の内部消費電流を発生することができる。また、負荷電流制御回路３では、回路を構成するスイッチング素子ＳＷ１が不要になるため、部品数を削減することができる。
【００４８】
さらに、負荷電流制御回路３は、スーパキャパシタといった電流源で構成するとしてもよい。負荷電流制御回路３が電流源で構成される場合には、負荷電流制御回路３は、負荷制御回路２からの制御指示に沿って電流源から提供される内部消費電流を電源回路内１０に流すことが可能になる。電源装置１０は、例えば、電源装置１０は、電流検出回路１で検出された電流に応じて、電流源から提供される内部消費電流値を変化させることにより、内部消費電流値をリニアに変化させることが可能になる。
【００４９】
＜２．制御フロー＞
図５を参照し、本実施形態の電源装置１０の電流不連続モードの動作防止処理を説明する。図５は、本実施形態の電源装置１０の電流不連続モードの動作防止処理に係るフローチャートである。図５のフローチャートにおいて、処理の開始は、ＤＣ−ＤＣ変換処理の開始のときが例示できる。電源装置１０は、例えば、スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに入力された、スイッチングのオン・オフ期間を制御する制御信号に従って、端子Ｔ１に接続された電源の直流電圧Ｖｉｎを直流電圧Ｖｏｕｔに変換する。
【００５０】
電源装置１０は、例えば、電源装置１０内を流れる電流を検出する（Ｓ１）。電源装置１０は、例えば、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流を電流検出回路１により検出する。なお、電流の検出位置は、例えば、端子Ｔ１とスイッチング素子Ｔｒ１のドレインとを結ぶ経路上であってもよく、スイッチング素子Ｔｒ１のソースと平滑コイルＬ１の入力端とを結ぶ経路上であってもよい。また、電流の検出位置は、平滑コンデンサＣ１の入力端と端子Ｔ２とを結ぶ経路上であってもよい。
【００５１】
電源装置１０は、電源装置１０内を流れる電流の電流値が所定値より小さいことを判定する（Ｓ２）。電源装置１０は、例えば、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流が、図４を用いて説明した所定値（Ｉｃｎｔ）であることを判定する。
【００５２】
電源装置１０は、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流が所定値（Ｉｃｎｔ）以下の場合には（Ｓ２，Ｙｅｓ）、Ｓ３の処理に移行する。一方、電源装置１０は、平滑コイルＬ１の出力端と平滑コンデンサＣ１の入力端とを結ぶ経路上の電流が所定値（Ｉｃｎｔ）以下でない場合には（Ｓ２，Ｎｏ）、Ｓ４の処理に移行する。
【００５３】
Ｓ３の処理では、電源装置１０は、内部消費電流を増加させる。電源装置１０は、例えば、電流検出回路１で検出された電流値に従って、電源装置１０内に流れる内部消費電流値を増加させる。電源装置１０の負荷制御回路２は、負荷電流制御回路３を介して電源装置１０内に流れる内部消費電流の大きさが増加するように制御指示を行う。
【００５４】
Ｓ３の処理により、内部消費電流が電源装置１０内に流れ込む状態になるため、電源装
置は、図２を用いて説明したＬＣ共振の発生が抑制できる。ＬＣ共振の発生が抑制された電源装置１０においては、電流不連続モードが動作する期間（Ｐ１−Ｐ２）の直流電圧の振動（リンギング）が防止できる。Ｓ３の処理後、電源装置１０は、Ｓ１の処理に移行する。
【００５５】
Ｓ４の処理では、電源装置１０は、内部消費電流を増加させる。電源装置１０は、例えば、電流検出回路１で検出された電流値に従って、電源装置１０内に流れる内部消費電流値を減少させる。電源装置１０の負荷制御回路２は、負荷電流制御回路３を介して電源装置１０内に流れる内部消費電流の大きさが減少するように制御指示を行う。
【００５６】
Ｓ４の処理により、電源装置１０は、電流不連続モード時のＬＣ共振の発生を抑制しつつ、内部消費電流値の適切な設定が可能になる。電源装置１０は、電流不連続モード時のＬＣ共振の発生を抑制しつつ、内部消費電流の過剰な消費を抑制できる。電源装置１０は、内部消費電流の過剰な消費により発生する発熱量を最小限に抑えることができる。Ｓ４の処理後、電源装置１０は、Ｓ１の処理に移行する。
【００５７】
以上の処理により、本実施形態の電源装置１０は、非同期整流型のスイッチング方式を採用した電源装置の電流不連続モード時のノイズの発生を抑制することができる。本実施形態の電源装置１０は、電源装置１０内を流れる電流の大きさに対応して、内部消費電流の大きさを増加・減少することができる。本実施形態の電源装置１０においては、電流不連続モード時のノイズの発生を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０、２０  電源装置
１    電流検出回路
２    負荷制御回路
３    負荷電流制御回路
Ｃ１、Ｃ２１  平滑コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２１  ダイオード素子
Ｌ１、Ｌ２１  平滑コイル
Ｒ１  電流検出抵抗
Ｒ２  最小負荷用抵抗
ＳＷ１  スイッチング素子
Ｔ１、Ｔ２  端子
Ｔｒ１、Ｔｒ２１  スイッチング素子
【図１】
2018038168.tif 000003
【図２】
2018038168.tif 000004
【図３】
2018038168.tif 000005
【図４】
2018038168.tif 000006
【図５】
2018038168.tif 000007