(57)【要約】【課題】急な負荷変動が起こっても負荷の定格電圧を満足させながら電力を効率化する【解決手段】電力変換装置は、所定のスイッチング周波数で電力を変換し、変換した電力を負荷に出力する電力変換装置であって、前記負荷の変動を検出する負荷変動検出部と、前記負荷変動検出部の検出結果に基づく最大の負荷変動が発生しても前記負荷の定格電圧を満足する最低スイッチング周波数を求め、前記最低スイッチング周波数でスイッチングするスイッチング手段とを具備する。【選択図】図１
2011172349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング周波数に基づいて電力を変換し、変換した電力を負荷に出力する電力変換装置であって、
前記負荷の変動を検出する負荷変動検出部と、
前記負荷変動検出部の検出結果に基づく最大の負荷変動が発生しても前記負荷の定格電圧を満足することができる最低スイッチング周波数を求め、前記最低スイッチング周波数でスイッチングするスイッチング手段とを具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング手段は、学習時間内において学習用スイッチング周波数でスイッチングし、前記学習時間内における前記最大の負荷変動から前記最低スイッチング周波数を求めることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、所定の時間間隔で前記学習時間を設けることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記スイッチング手段は、前記最低スイッチング周波数でスイッチングしている最中に前記最大の負荷変動を超える負荷変動が発生した場合に、当該負荷変動に応じた最低スイッチング周波数をあらためて求め、以降当該最低スイッチング周波数でスイッチングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の無線基地局装置においては、環境への配慮のために低消費電力化が進められている。装置全体の低消費電力化を行うためには電源効率の向上が必須である。例えば、電源効率を向上するものとして、下記特許文献１には、スイッチング周波数を低負荷時と高負荷時とで切り替えるもので、例えば、軽負荷では１００ＫＨｚ、通常負荷では５００ＫＨｚとするスイッチングレギュレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、スイッチング周波数を低負荷時と高負荷時とで切り替えているが、現在の負荷状態に応じて周波数を切り替えるため、低負荷状態から急に高負荷状態に変化した場合に、どうしても応答速度が遅くなり、負荷の定格電圧を満足しないことがある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、急な負荷変動が起こっても負荷の定格電圧を満足させながら電力を効率化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電力変換装置に係る第１の解決手段として、スイッチング周波数に基づいて電力を変換し、変換した電力を負荷に出力することができる電力変換装置であって、前記負荷の変動を検出する負荷変動検出部と、前記負荷変動検出部の検出結果に基づく最大の負荷変動が発生しても前記負荷の定格電圧を満足する最低スイッチング周波数を求め、前記最低スイッチング周波数でスイッチングするスイッチング手段とを具備するという手段を採用する。
【０００７】
本発明では、電力変換装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記スイッチング手段は、学習時間内において学習用スイッチング周波数でスイッチングし、前記学習時間内における前記最大の負荷変動から前記最低スイッチング周波数を求めるという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電力変換装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記スイッチング手段は、所定の時間間隔で前記学習時間を設けるという手段を採用する。
【０００９】
本発明では、電力変換装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記スイッチング手段は、前記最低スイッチング周波数でスイッチングしている最中に前記最大の負荷変動を超える負荷変動が発生した場合に、当該負荷変動に応じた最低スイッチング周波数をあらためて求め、以降当該最低スイッチング周波数でスイッチングするという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スイッチング手段が、負荷変動検出部の検出結果に基づく最大の負荷変動が発生しても前記負荷の定格電圧を満足する最低スイッチング周波数を求める。そして、スイッチング手段は、当該最低スイッチング周波数でスイッチングする。これにより、最大の負荷変動が生じたとしても、負荷の定格電圧を満足させることができ、さらに電力を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置Ａの機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力変換装置Ａの動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換装置ＡのドライバＩＣ１に記憶されている最大負荷変動量に応じた最低スイッチング周波数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置Ａは、通信機器などの電子機器におけるスイッチングレギュレータであり、電力を変換・調整し、図１に示すように負荷であるＣＰＵ(Central Processing Unit)１０に供給するものである。
【００１３】
電力変換装置Ａは、図１に示すようにドライバＩＣ（Integrated Circuit）１、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３、インダクタ４、平滑コンデンサ５、負荷変動検出部６及びバッテリ７から構成されている。なお、ドライバＩＣ１、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３は、本実施形態におけるスイッチング手段を構成する。
【００１４】
ドライバＩＣ１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３を駆動するスイッチング駆動回路であり、ＣＰＵ（ＣＰＵ１０とは別のもの）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリと、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３に信号を出力するインタフェース回路などから構成されており、上記内部メモリに記憶されているスイッチング駆動プログラムに基づいてハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３の動作を制御する。なお、ドライバＩＣ１が実行する処理の詳細については、以下に電力変換装置Ａの動作として説明する。
【００１５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２は、ドレイン端子がバッテリ７の正極端子に接続され、ソース端子がローサイドＭＯＳＦＥＴ３のドレイン端子及びインダクタ４の一端に接続され、さらにゲート端子がドライバＩＣ１に接続され、ドライバＩＣ１から入力される信号に基づいてスイッチングする。
ローサイドＭＯＳＦＥＴ３は、ドレイン端子がハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース端子及びインダクタ４の一端に接続され、ソース端子がグランドに接続され、さらにゲート端子がドライバＩＣ１に接続され、ドライバＩＣ１から入力される信号に基づいてスイッチングする。
【００１６】
インダクタ４は、一端がハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース端子及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３のドレイン端子に接続され、他端が平滑コンデンサ５の一端及び負荷変動検出部６に接続されている。
平滑コンデンサ５は、電力の電圧の平滑化、すなわち電力の電圧のリップルを低減することを目的とｆして設けられた小容量のコンデンサあり、一端がインダクタ４の他端に接続され、他端がグランドに接続されている。
【００１７】
負荷変動検出部６は、ＣＰＵ１０の稼動量の変動、すなわち負荷の変動に応じてインダクタ４に流れる電流量を検出し、検出結果をドライバＩＣ１に出力する。
バッテリ７は、例えば鉛蓄電池またはリチウムイオン二次電池であり、ＡＣ（Alternating Current）アダプタ（図示略）から供給される電力を蓄電し、蓄電した電力をハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン端子に出力する。このバッテリ７は、正極端子がハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン端子に接続され、負極端子がグランドに接続されている。
【００１８】
次に、上記構成の本実施形態に係る電力変換装置Ａの動作について図２を参照して説明する。
ドライバＩＣ１は、学習時間内において学習用スイッチング周波数でハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３を駆動する（ステップＳ１）。上記学習用スイッチング周波数は、所定の高周波である。そして、負荷変動検出部６が、ＣＰＵ１０の負荷に応じてインダクタ４に発生する電流量を検出し、その検出結果をドライバＩＣ１に出力する。なお、電力変換装置Ａにおいて学習時間は、ドライバＩＣ１の起動直後に設けられている。
【００１９】
ドライバＩＣは、負荷変動検出部６からの検出結果に基づく最大負荷変動量を電流量で記憶し、学習時間内のおいて負荷変動検出部６から最大の電流量が検出されるたびに最大負荷変動量を更新する（ステップＳ２）。ドライバＩＣは、ステップＳ２の後に、学習時間が終了したか否か判定する（ステップＳ３）。
【００２０】
ドライバＩＣは、ステップＳ３において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち学習時間を終了していない場合には、ステップＳ２に移行する。ドライバＩＣは、ステップＳ３において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち学習時間を終了している場合には、最大負荷量に基づいて最低スイッチング周波数を求める（ステップＳ４）。
【００２１】
最低スイッチング周波数とは、最大の負荷変動が発生してもＣＰＵ１０の定格電圧を満足させることができる周波数である。ドライバＩＣは、図３に示す最大負荷変動量に応じた最低スイッチング周波数を予め記憶し、学習時間の終了により最大負荷変動量が決定すると、当該最大負荷変動量に応じた最低スイッチング周波数を決定する。
【００２２】
図３に示すように、最大負荷変動量が大きければ、最低スイッチング周波数も大きくなるが、通常の負荷に応じた高周波のスイッチング周波数（以下、通常スイッチング周波数という。）より大きくならない。図３に示す最低スイッチング周波数は、負荷が変動しても応答速度が遅くならない値になっている。
【００２３】
ドライバＩＣ１は、ステップＳ４の後に、すなわち学習時間の後に、ＣＰＵ１０の負荷が所定のしきい値よりも低いか否か判定する（ステップＳ５）
ドライバＩＣ１は、ステップＳ５において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち負荷が所定のしきい値よりも低い（低負荷）と判定した場合には、最低スイッチング周波数でハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３を駆動する（ステップＳ６）。
【００２４】
ドライバＩＣ１は、ステップＳ５において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち負荷が所定のしきい値よりも高い（高負荷）と判定した場合には、通常スイッチング周波数でハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３を駆動する（ステップＳ７）。
【００２５】
以上のように、電力変換装置ＡにおいてドライバＩＣ１は、学習時間を設け、当該学習時間内の負荷変動検出部６の検出結果に基づく最大負荷変動量を記憶し、学習時間が終了すると最大負荷変動量を決定し、当該最大負荷変動量に基づいて最低スイッチング周波数を求める。そして、ドライバＩＣは、最低スイッチング周波数でハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３を駆動する。これにより、ＣＰＵ１０に最大の負荷変動が生じたとしても、ＣＰＵ１０の定格電圧を満足させることができ、さらに電力を効率化することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）電力変換装置Ａは、昇圧型の電力変換装置であるが、本発明はこれに限定されない。
例えば、降圧型または昇降圧型などの他の電力変換装置に本発明を適用するようにしてもよい。
【００２７】
（２）電力変換装置Ａでは、ドライバＩＣの起動直後に学習時間が設けられているが、本発明はこれに限定されない。昇圧型の電力変換装置であるが、本発明はこれに限定されない。
ドライバＩＣの起動直後に限らず、所定の時間間隔で学習時間を設けるようにしてもよい。
【００２８】
（３）電力変換装置ＡにおいてドライバＩＣ１は、学習時間内に求めた最低スイッチング周波数でハイサイドＭＯＳＦＥＴ２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３をスイッチングするが、本発明はこれに限定されない。
例えば、ドライバＩＣ１は、前記最低スイッチング周波数でスイッチングしている最中に最大負荷変動量を超える負荷変動が発生した場合に、当該負荷変動に応じた最低スイッチング周波数をあらためて求め、以降当該最低スイッチング周波数でスイッチングするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ…電力変換装置、１…ドライバＩＣ（スイッチング手段）、２…ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング手段）、３…ローサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング手段）、４…インダクタ、５…平滑コンデンサ、６…負荷変動検出部、７…バッテリ、１０…ＣＰＵ
【図１】
2011172349.tif 000003
【図２】
2011172349.tif 000004
【図３】
2011172349.tif 000005