(57)【要約】【課題】電源装置における変換効率を向上させる。【解決手段】電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、一部のＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化するように制御する。【選択図】図１
2011188549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
一部の前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記負荷に供給する電流（負荷電流という）が所定の値より小さい場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化するように制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、パルス幅変調に基づいて動作し、
一部の前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、パルス幅変調におけるパルス幅を監視するパルス監視機能部を備え、
前記パルス監視機能部は、前記負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が所定の幅より狭い場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化する制御信号を他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記パルス監視機能部は、前記負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が第１の時間幅より狭い場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化とし、前記負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が、前記第１の時間幅より広い第２の時間幅よりさらに広い場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを活性化とする制御信号を他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力することを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
最大の前記負荷電流の１／２に対応するパルス幅が前記第１および第２の時間幅の間に存在することを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源電圧を変換して別の負荷に同一電圧を供給する別のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
別の前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記別の負荷に流れる電流が所定の値より大きい場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記別の負荷に対し電源供給可能なように制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源装置の制御方法であって、
一部の前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に他の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化するように制御することを特徴とする電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置およびその制御方法に係り、特に、複数の電源ユニットによって負荷に電源供給を行う電源装置およびその制御方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置として、変換効率を向上させるために、オン状態とオフ状態とに状態を切り替え可能な電源ユニットを複数備える電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、電源出力電圧を一定に制御するシリーズレギュレータおよびスイッチングレギュレータを備え、負荷電流が少ないときにシリーズレギュレータを選択的に動作させ、負荷電流が多いときにスイッチングレギュレータを選択的に動作させるようにする電源システムが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、交流電源からの電力を直流電力に変換して出力し且つオン状態とオフ状態とに状態を切り替え可能な電源ユニットを複数備える。各電源ユニットは、その電源ユニットの出力電力を生成するために消費される電力に対するその出力電力の比である電源効率の、その電源ユニットの出力電力に対する特性が異なる複数の駆動モードのいずれか１つの駆動モードにより駆動されるように構成される電源装置が記載されている。この電源装置において、電源ユニットは、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換器と電池とを備えるとともに、第１の駆動モードにおいて交流直流変換器から出力された電力を出力するように構成され、且つ、第２の駆動モードにおいて電池から放電された電力を出力するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９５１５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は本発明において与えられる。
【０００６】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＮＰＵ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのデバイスにおいて、消費電力を低減するために、低電圧化・大電流化が進んでいる。このようなデバイスに大電流による電源供給を行う方法として、ＤＣ／ＤＣコンバータを複数個使用して並列運転を行う方法が知られている。ＤＣ／ＤＣコンバータを複数個使用する理由としては、ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部の使用部品により出力できる電流値に制限があるため、１つのＤＣ／ＤＣコンバータではデバイスが要求する電流を生成することができないからである。
【０００７】
ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、図６に示すように負荷が小さい（軽い）場合には変換効率が悪いという特性を持つ。このため、負荷が小さい場合に複数個のＤＣ／ＤＣコンバータを並列動作させた場合には変換効率が非常に悪くなり、電源装置で多くの電力を浪費してしまう。一方、並列動作によって使用されるＤＣ／ＤＣコンバータの個数は、デバイスの最大負荷に対応できる個数として選定されるが、デバイスにおいて最大負荷になる状態は非常に少なく、定常時では１つのＤＣ／ＤＣコンバータでも供給できる場合が多い。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電源システムでは、負荷電流が少ないときにシリーズレギュレータが動作してしまうため、充分な変換効率が得られない。また、特許文献２の電源装置では、負荷電流が少ないときに電池から放電された電力を出力するので、ＤＣ／ＤＣコンバータのみを用いる電源装置には適用することができない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータを複数個使用した電源装置において、負荷電流が少ないときに変換効率を向上する電源装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る電源装置は、電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、一部のＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷に供給する電流（負荷電流という）が所定の値より小さい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化するように制御する。
【００１１】
本発明の他のアスペクト（側面）に係る電源装置の制御方法は、電源電圧を変換して負荷に同一電圧を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源装置の制御方法であって、一部のＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化するように制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に一部のＤＣ／ＤＣコンバータのみによって負荷に電源供給を行うので、電源装置における変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】パルス信号のパルス幅の違いを説明する図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるパルス幅と負荷の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータにおける負荷と効率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る電源装置は、電源電圧（図１のＶＰに相当）を変換して負荷（図１の１５ａに相当）に同一電圧（図１のＶＬａに相当）を供給する並列動作可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、一部のＤＣ／ＤＣコンバータ（図１の１１ａに相当）は、負荷に供給する電流（負荷電流という）が所定の値より小さい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータ（図１の１１ｂに相当）を非活性化するように制御する。
【００１５】
電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、パルス幅変調に基づいて動作し、一部のＤＣ／ＤＣコンバータは、パルス幅変調におけるパルス幅を監視するパルス監視機能部（図２の２３）を備え、パルス監視機能部は、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が所定の幅より狭い場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化する制御信号（図２のＳｃａ）を他のＤＣ／ＤＣコンバータに出力するようにしてもよい。
【００１６】
電源装置において、パルス監視機能部は、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が第１の時間幅より狭い場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化とし、負荷電流の供給期間に対応するパルス幅が、第１の時間幅より広い第２の時間幅よりさらに広い場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータを活性化とする制御信号を他のＤＣ／ＤＣコンバータに出力するようにしてもよい。
【００１７】
電源装置において、最大の負荷電流の１／２に対応するパルス幅が第１および第２の時間幅の間に存在するようにしてもよい。
【００１８】
電源装置において、電源電圧を変換して別の負荷（図５の１５ｂに相当）に同一電圧（図５のＶＬｂに相当）を供給する別のＤＣ／ＤＣコンバータ（図５の１１ｃに相当）を備え、別のＤＣ／ＤＣコンバータは、別の負荷に流れる電流が所定の値より大きい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータ（図５の１１ｂに相当）を別の負荷に対し電源供給可能なように制御するようにしてもよい。
【００１９】
以上のような電源装置によれば、負荷回路における電流が小さい（負荷が軽い）ときに、すなわち負荷に供給する電流が所定の値より小さい場合に、他のＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化とすることで、電源装置全体の変換効率を向上させ、電源装置における消費電力を低減することができる。したがって、電源装置における余分な熱の発生を抑えることができる。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、電源装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、１１ｂを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、１１ｂは、パルス幅変調（ＰＷＭ）に基づいて動作し、電源電圧ＶＰを入力し、電源電圧ＶＰを降圧あるいは昇圧して電源電圧ＶＬａとして負荷回路１５ａに供給する。負荷回路１５ａは、例えばＣＰＵなどのデバイスである。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、負荷回路１５ａにおける負荷の状態を監視する機能を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、負荷が小さい（軽い）場合には制御信号ＳｃａによってＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作を非活性（オフ）とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａだけで負荷回路１５ａに電源電圧ＶＬａを供給する。また、負荷が大きい（重い）場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、制御信号ＳｃａによってＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作を活性（オン）とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａとＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂとの並列動作によって負荷回路１５ａに電源電圧ＶＬａを供給する。
【００２２】
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａの構成を示すブロック図である。図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、パルス生成機能部２１、スイッチング機能部２２、パルス監視機能部２３、ハイサイドトランジスタＭＮ１、ローサイドトランジスタＭＮ２を備える。
【００２３】
パルス生成機能部２１は、電源電圧ＶＬａの値に基づいてパルス幅変調されたパルス信号Ｓｐを生成し、スイッチング機能部２２およびパルス監視機能部２３に出力する。スイッチング機能部２２は、パルス信号Ｓｐのレベルに対応してハイサイドトランジスタＭＮ１、ローサイドトランジスタＭＮ２を排他的にオンオフさせ、電源電圧ＶＰから電源電圧ＶＬａを生成する。パルス監視機能部２３は、パルス信号Ｓｐを入力信号として負荷回路１５ａにおける負荷状態を監視し、負荷状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂのオンオフの制御を行う制御信号Ｓｃａを出力する。
【００２４】
次に、パルス監視機能部２３の動作について説明する。パルス監視機能部２３は、パルス信号Ｓｐのパルス幅を監視することで負荷の監視を行う。負荷が大きい（重い）場合には、図３（Ａ）に示すようにパルス信号Ｓｐのハイレベルの幅（パルス幅Ａ）が広くなる。一方、負荷が小さい（軽い）場合には、図３（Ｂ）に示すようにパルス信号Ｓｐのハイレベルの幅（パルス幅Ｂ）が狭くなる。
【００２５】
パルス幅Ａ、パルス幅Ｂは、各負荷の状態にてハイサイドトランジスタＭＮ１をオンにする時間を示している。負荷回路１５ａにおける負荷が大きいほど、すなわち、負荷回路１５ａに流れる電流値が大きくなればなるほど、ハイサイドトランジスタＭＮ１をオンとする時間を長くすることで電源電圧ＶＬａの降下に対応するため、パルス幅を長く（広く）する。パルス監視機能部２３は、このようなパルス信号Ｓｐのパルス幅を監視することによって、負荷の監視を行う。
【００２６】
図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａにおけるパルス幅と負荷の関係を示す図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、パルス信号Ｓｐのパルス幅がパルス幅Ｃよりも大きく（広く）なった場合には、負荷回路１５ａの負荷がＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａのみでは供給できないと判断して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオン（活性化）とするために制御信号Ｓｃａを出力する。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂが並列動作して負荷回路１５ａに電源供給を行う。
【００２７】
一方、パルス信号Ｓｐのパルス幅がパルス幅Ｄよりも小さく（狭く）なった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを並列動作している状態からＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａのみでも供給可能な負荷の状態であると判断して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオフ（非活性）とするために制御信号Ｓｃａを出力する。
【００２８】
以上の動作において、急激な負荷の変動に対応するため、パルス幅Ｃは、最大負荷に対応するパルス幅より狭く、最大負荷の１／２に対応するパルス幅より広くすると共に、パルス幅Ｄは、最大負荷の１／２に対応するパルス幅より狭くして、それぞれマージンをもつようにすることが好ましい。
【００２９】
本実施例の電源装置１０は、以上のように動作し、負荷回路１５ａにおける負荷が軽い場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａのみで電源供給を行うことで電源装置１０における変換効率の悪化を防止することが可能である。
【実施例２】
【００３０】
図５は、本発明の第２の実施例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。電源装置１０ａは、図１の電源装置１０に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃ、スイッチＳＷをさらに備える。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａと同様な構成とされ、電源電圧ＶＰを入力し、電源電圧ＶＰを降圧あるいは昇圧して電源電圧ＶＬｂとして負荷回路１５ｂに供給する。負荷回路１５ｂは、負荷回路１５ａと同様に、例えばＣＰＵなどのデバイスである。なお、電源電圧ＶＬｂは、電源電圧ＶＬａと同一である。スイッチＳＷは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂが負荷回路１５ａに接続される状態、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂが負荷回路１５ｂに接続される状態、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂがどこにも接続されない状態を切替える。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、負荷回路１５ａの負荷が増大し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａのみで電源電圧ＶＬａを負荷回路１５ａに供給し切れない場合には、制御信号ＳｃａによってＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオンにすると共に、スイッチＳＷを負荷回路１５ａ側にオンさせることでＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、１１ｂを使用して電源電圧ＶＬａを負荷回路１５ａに供給する。負荷回路１５ａの負荷が小さくなった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオフとし、スイッチＳＷにおける負荷回路１５ａ側との接続を解除する。
【００３３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃは、負荷回路１５ｂの負荷が増大し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃのみで電源電圧ＶＬｂを負荷回路１５ｂに供給し切れない場合には、制御信号ＳｃｂによってＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオンにすると共に、スイッチＳＷを負荷回路１５ｂ側にオンさせることでＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃ、１１ｂを使用して電源電圧ＶＬｂを負荷回路１５ｂに供給する。負荷回路１５ｂの負荷が小さくなった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの動作をオフとし、スイッチＳＷにおける負荷回路１５ｂ側との接続を解除する。
【００３４】
負荷回路が２個ある場合、実施例１で説明した電源装置１０が２組必要となる。しかし、負荷回路１５ａ、１５ｂに関し同時には負荷が重くなることがないような装置もありうる。このような場合には、本実施例のように３個のＤＣ／ＤＣコンバータで電源供給を行うことができ、消費電力の低減に加え、実装面積の削減もなされる。
【００３５】
また、一部のＤＣ／ＤＣコンバータに相当する３個以上のＤＣ／ＤＣコンバータが、それぞれの負荷が重い場合に１個の他のＤＣ／ＤＣコンバータを並列動作可能なように制御し、スイッチで切替えるように構成するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、他のＤＣ／ＤＣコンバータを複数備え、負荷に供給する電流がそれぞれ同一のあるいは異なる所定の値より小さい場合に他のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ非活性化するように制御するようにしてもよい。
【００３７】
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１０ａ  電源装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５ａ、１５ｂ  負荷回路
２１  パルス生成機能部
２２  スイッチング機能部
２３  パルス監視機能部
ＳＷ  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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