(57)【要約】【課題】ＬＣ共振型コンバータ（ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等）の動作状態の変化時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止できる技術を提供する。【解決手段】制御ユニット（２０）は、出力電流等の変動幅が、変動幅閾値を超えた場合、出力電圧フィードバック制御を中止して、ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧等からＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数でＬＣ共振型コンバータ（１０）の信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御を開始する。【選択図】図１
2019092336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路とを備えたＬＣ共振型コンバータと、
制御ユニットと
を含み、
前記制御ユニットは、
前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、
前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記制御ユニットの前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電流の指標値の所定時間当たりの変動量が所定の閾値を超えているか否かにより、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧の指標値及び出力電流の指標値に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると前記オープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧に生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記ＬＣ共振型コンバータが、ＬＬＣコンバータであり、
前記駆動制御部が実行する前記オープンループ制御が、以下の式によりスイッチング周波数ｆを求め、求めたスイッチング周波数ｆで前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
【数１】
2019092336.tif 000010
ここで、Ｖｉは、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧であり、Ｖｏは、前記目標電圧であり、Ｌｍ、Ｌｒ、Ｎは、それぞれ、前記トランスの励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、変圧比であり、Ｃｒは、前記共振回路内の共振コンデンサの容量であり、ｆｒは、前記共振回路の共振周波数であり、ＲＬは、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電流と前記目標電圧とから求められる前記負荷の抵抗であり、Ｇは、“（ｆ／ｆｒ）２”値の近似式として予め定められている、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流、それらの指標値、及び前記目標電圧の中の少なくとも１つ物性値の関数である。
【請求項６】
前記Ｇが、入力電圧Ｖｉの関数である、
ことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路とを備えるＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置であって、
前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、
前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
ことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＣ共振型コンバータを含む電源装置と、ＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振コンバータ等と称されているＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＬＬＣコンバータと表記する；非特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
ＬＬＣコンバータは、トランスの漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスとコンデンサとにより構成されたＬＬＣ共振回路、ＬＬＣ共振回路に供給される方形波状の電圧信号を生成する信号生成回路（ハーフブリッジ回路等）、トランスの出力を整流する整流回路を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。
【０００４】
ＬＬＣコンバータでは、負荷変動時における出力電圧の変動量を小さくするために、スイッチング周波数を、出力電圧等を用いてフィードバック制御すること（例えば、特許文献１参照）が行われている。ただし、ＬＬＣコンバータに対する既存の制御は、ＬＬＣコンバータが非線形のゲイン特性を有するが故に、ＬＬＣコンバータの入力電圧、出力電流、出力電圧などの動作状態によっては、負荷変動時に出力電圧に比較的に大きな変動が生じてしまうものとなっている。
【０００５】
また、非線形のゲイン特性を有するＬＣＣコンバータに対する既存の制御も、同様に、ＬＣＣコンバータの入力電圧、出力電流、出力電圧などの動作状態によっては、負荷変動時に出力電圧に比較的に大きな変動が生じてしまうものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５１０００１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】平地克也、“LLC方式DC/DCコンバータの回路構成と動作原理”、［online］、2014年5 月29 日、［2017年9月20日検索］、インターネット〈URL：http://hirachi.cocolog-nifty.com/kh/files/20140529-3.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等のＬＣ共振型コンバータの動作状態の変化時に、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止できる技術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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電源装置は、共振回路と、前記共振回路に１次側が接続されたトランスと、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路と、前記トランスの出力を整流して負荷に供給する整流回路と、を備えたＬＣ共振型コンバータを含む。また、電源装置は、前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるよ
うに前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＬＣコンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、を備えた制御ユニットを含む。そして、当該制御ユニットの前記駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する。
【００１０】
すなわち、ＬＬＣコンバータ、ＬＣＣコンバータ等のＬＣ共振型コンバータのスイッチング周波数・出力電圧特性は、入力電圧により大きく変化する。そのため、ＬＣ共振型コンバータのスイッチング周波数を、出力電圧や、出力電圧と出力電流の変化速度とに基づき、フィードバック制御した場合には、負荷変動時における出力電圧の変動量が大きくなる入力電圧範囲が生じてしまうことがある。ただし、本発明の一態様に係る電源装置の制御ユニットは、ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態である場合には、フィードバック制御の代わりに、『前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧の中の１つ以上の情報から前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御』を実行する。従って、本発明のこの態様に係る電源装置によれば、ＬＣ共振型コンバータの動作状態に、従来の制御では大きな出力電圧変動が生じてしまう変化が生じた場合にも、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
【００１１】
上記電源装置の制御ユニットの判定部としては、具体的な構成／機能が異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、判定部は、『前記ＬＣ共振型コンバータの出力電流の指標値の所定時間当たりの変動量が所定の閾値を超えているか否かにより、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する』ものであっても、『前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧の指標値と出力電流の指標値とに基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であるか否かを判定する』ものであってもよい。また、判定部は、『前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると前記オープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧に生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定する』ものであっても良い。
【００１２】
上記電源装置の制御ユニットの駆動制御部が実行するオープンループ制御は、ＬＣ共振型コンバータの入力電圧、出力電流等と、ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるスイッチング周波数との対応関係を示す対応関係情報から、現状に応じたスイッチング周波数を検索して、検索したスイッチング周波数で信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御であっても良い。
【００１３】
また、ＬＣ共振型コンバータがＬＬＣコンバータである場合には、オープンループ制御として、以下の式によりスイッチング周波数ｆを求め、求めたスイッチング周波数ｆで前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御を採用しても良い。
【００１４】
【数１】
2019092336.tif 000003
ここで、Ｖｉは、前記ＬＬＣコンバータの入力電圧であり、Ｖｏは、前記目標電圧であり、Ｌｍ、Ｎは、それぞれ、前記トランスの励磁インダクタンス、変圧比であり、Ｌｒは、前記共振回路内の共振インダクタンスであり、Ｃｒは、前記共振回路内の共振コンデンサの容量であり、ｆｒは、前記共振回路の共振周波数であり、ＲＬは、前記ＬＬＣコンバータの出力電流と前記目標電圧とから求められる前記負荷の抵抗であり、Ｇ（Ｖｉ）は、“（ｆ／ｆｒ）２”値の近似式として予め定められている、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流、それらの指標値、及び前記目標電圧の中の少なくとも１つ物性値の関数である。
【００１５】
また、Ｇを、入力電圧Ｖｉの関数としておいても良い。
【００１６】
本発明の他の態様に係る制御装置は、共振回路と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路に供給する信号生成回路と、を備えるＬＣ共振型コンバータを制御するための制御装置であって、前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータの入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータの出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部と、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部と、を備える。そして、本態様に係る制御装置の駆動制御部は、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータの動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する。
【００１７】
すなわち、この制御装置は、上記した本発明の一態様に係る電源装置の制御ユニットと同じ制御を、ＬＣ共振型コンバータに対して行うことができる。従って、この制御装置によっても、ＬＣ共振型コンバータの入力電圧によらず、負荷変動時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＬＣ共振型コンバータの動作状態の変化時にＬＣ共振型コンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例の説明図である。
【図２Ａ】ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。
【図２Ｂ】ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。
【図２Ｃ】ＬＬＣコンバータの構成例の説明図である。
【図３】ＬＬＣコンバータのスイッチング周波数・出力電圧特性の説明図である。
【図４Ａ】入力電圧が３１２Ｖである状態で、従来のフィードバック制御が行われているＬＬＣコンバータに、負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。
【図４Ｂ】入力電圧が１８０Ｖである状態で、従来のフィードバック制御が行われているＬＬＣコンバータに、図３Ａに示したものと同じ負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。
【図５】実施形態に係る電源装置が備える制御ユニットの機能ブロック図である。
【図６Ａ】入力電圧が３１２Ｖである状態で、制御ユニットによる制御が行われているＬＬＣコンバータに、負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。
【図６Ｂ】入力電圧が１８０Ｖである状態で、制御ユニットによる制御が行われているＬＬＣコンバータに、図５Ａに示したものと同じ負荷変動が生じた場合における出力変動量の説明図である。
【図７】制御ユニットの変形例の説明図である。
【図８】ＬＣＣコンバータのゲイン特性の説明図である。
【図９Ａ】ＬＣＣコンバータの構成例の説明図である。
【図９Ｂ】ＬＣＣコンバータの構成例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔適用例〕
以下、本発明の適用例について説明する。本発明は、例えば、図１に示したような、ＬＬＣコンバータ１０と制御ユニット２０とを含む電源装置に適用されるものである。なお、ＬＬＣコンバータ１０は、ＬＣ共振型コンバータの一例である。
【００２１】
ＬＬＣコンバータ１０は、信号生成回路１１、ＬＬＣ共振回路１２、トランス１３及び整流回路１４を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。ＬＬＣコンバータ１０が備えるＬＬＣ共振回路１２は、トランス１３の励磁インダクタンスＬｍと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒとにより構成された共振回路である。共振インダクタンスＬｒは、トランス１３の漏れインダクタンスであっても、トランス１３とは別に設けられたインダクタのインダクタンスであっても、トランス１３の漏れインダクタンスとインダクタのインダクタンスの合成インダクタンスであってもよい。また、共振コンデンサＣｒは、トランス１３の一次側のいずれの端子に接続されていてもよい（図２Ｂ参照）。以下、共振コンデンサＣｒの容量のことも、Ｃｒと表記する。
【００２２】
信号生成回路１１は、複数のスイッチング素子を備えた、入力電圧Ｖｉ（直流電源Ｅの出力電圧）から方形波状の電圧信号を生成してＬＬＣ共振回路１２に供給するための回路である。ここで、方形波状の電圧信号とは、デューティー比が５０％の電圧信号と、デッドタイム分、形状（時間変化パターン）が異なっている電圧信号のことである。
【００２３】
図１には、２つのスイッチング素子で構成された信号生成回路１１を示してあるが、信号生成回路１１は、方形波状の電圧信号を生成可能な回路でありさえすれば良い。従って、信号生成回路１１は、図２Ａに示したような、４つのスイッチング素子をフルブリッジ接続した回路であってもよく、図２Ｂに示したような、２つのスイッチング素子と２つのコンデンサとで構成された回路であってもよい。信号生成回路１１は、各図に示してあるものとは異なる回路構成を有する回路であってもよい。また、信号生成回路１１内の各スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）であってもよい。
【００２４】
整流回路１４（図１）は、トランス１３の出力を整流して負荷ＲＬに供給する回路である。この整流回路１４は、交流を直流に変換できる回路であればよい。従って、整流回路１４は、図２Ｃに示してあるような、ダイオードをフルブリッジ接続した回路であってもよい。また、整流回路１４は、図２Ａ及び図２Ｂに示してあるような回路、すなわち、トランスのタップ出力を利用する回路であってもよい。さらに、整流回路１４は、同期整流型の整流回路（幾つかのスイッチング素子を備えた整流回路）であってもよい。
【００２５】
上記のような回路構成を有するＬＬＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏは、ＬＬＣコンバータ１０（信号生成回路１１内の各スイッチング素子）のスイッチング周波数に応じた値となる。ただし、出力電圧Ｖｏは、負荷電流（＝出力電流）Ｉｏによっても変化するため、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏのみによりフィードバック制御すると、負荷電流が変動したときに出力電圧Ｖｏに大きな変動が生じ得る。そのため、従来より、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏと、出力電流等の電流Ｉの変化速度とを用いて、フィードバック制御することが行われている。具体的には、“Ｖｏ＋ｋ・ｄＩ／ｄｔ”（ｋは、比例係数）と目標電圧との間の偏差が“０”となるように、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数をフィードバック制御することが行われている。
【００２６】
入力電圧Ｖｉが殆ど変わらない環境でＬＬＣコンバータ１０が使用されている場合には、スイッチング周波数を上記のようにフィードバック制御することにより、負荷変動時に大きな出力電圧変動が生じないようにすることができる。
【００２７】
ただし、負荷変動時に出力電圧Ｖｏを維持するために必要とされるスイッチング周波数の補正量は、入力電圧Ｖｉにより異なる。
【００２８】
具体的には、図３に、或る仕様のＬＬＣコンバータ１０の各種動作条件下におけるスイッチング周波数・出力電圧特性（以下、Ｆ−Ｖ特性と表記する）を示す。図中の各Ｆ−Ｖ特性から明らかなように、このＬＬＣコンバータ１０では、入力電圧Ｖｉが１８０Ｖである状況下において負荷電流（ＬＬＣコンバータ１０の出力電流）Ｉｏが１０Ａから５０Ａに変化した場合には、スイッチング周波数を５ｋＨｚ補正（変更）すれば、出力電圧Ｖｏを１２．５Ｖに維持できる。ただし、入力電圧Ｖｉが３１２Ｖである状況下において負荷電流Ｉｏが１０Ａから５０Ａに変化した場合には、スイッチング周波数をより多く（２２．７ｋＨｚ）補正しなければ、出力電圧Ｖｏを１２．５Ｖに維持できない。
【００２９】
このように、負荷変動時に出力電圧Ｖｏを維持するために必要とされるスイッチング周波数の補正量は、入力電圧Ｖｉにより異なる。そのため、ＬＬＣコンバータ１０のスイッチング周波数を、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とによりフィードバック制御した場合には、図４Ａ、図４Ｂに示したように、同じ負荷変動（図４Ａ、図４Ｂでは、『出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化する』という負荷変動）に対して、出力電圧Ｖｏに生じる変動量が異なるといった現象が生じていた。
【００３０】
負荷変動時に図４Ｂに示してあるような大きな出力電圧変動が生じないようにするために、本発明の適用例（図１）における制御ユニット２０は、以下の処理及び制御を行うように構成される。
【００３１】
制御ユニット２０は、通常は、スイッチング周波数のフィードバック制御を行いながら、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報に基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、スイッチング周波数のフィードバック制御を続けると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定処理を繰り返している。
【００３２】
なお、制御ユニット２０が行うスイッチング周波数のフィードバック制御は、出力電圧のみに基づくものであっても良い。ただし、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度に基づくフィードバック制御の方が、負荷変動時の出力電圧変動量が小さくなる。従って、制御ユニット２０が行うスイッチング周波数のフィードバック制御は、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とに基づくものであることが好ましい。また、判定処理に使用されるＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報は、それに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、上記第１状態であるか否かを判定できる情報であれば良い。従って、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態に関する情報としては、例えば、ＬＬＣコンバータ１０の出力電流や、ＬＬＣコンバータ１０の出力電流及び入力電圧を採用することが出来る。
【００３３】
制御ユニット２０は、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であると判定した場合には、フィードバック制御の代わりに、ＬＬＣコンバータ１０の入力電圧Ｖｉ及び出力電流Ｉｏと目標電圧Ｖｔｇｔとから出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数でＬＬＣコンバータ１０（信号生成回路１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御を実行する。
【００３４】
オープンループ制御で出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔｇｔに正確に一致させることは困難である。ただし、オープンループ制御を行えば、現状に則していないフィードバック制御（その時点の入力電圧Ｖｉ等に適していないフィードバック制御）を行った場合よりも、出力電圧Ｖｏに生ずる変動量を小さくすることができる。従って、上記のように動作する制御ユニット２０によれば、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態変化時に生ずる出力電圧変動量を従来よりも小さくすることができる。
【００３５】
なお、制御ユニット２０が行うオープンループ制御は、ＬＬＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるスイッチング周波数との対応関係を示す対応関係情報から、現状に応じたスイッチング周波数を検索して、検索したスイッチング周波数で信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する制御であっても良い。そのような対応関係情報は、サイズが大きなものとならざるを得ない。そのため、オープンループ制御を、数式（詳細は後述）によりスイッチング周波数を求める制御としておくことが好ましい。
【００３６】
〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態に係る電源装置について、図面を参照して、詳細に説明する。
【００３７】
図１に、本発明の一実施形態に係る電源装置の概略構成を示す。
図示してあるように、本実施形態に係る電源装置は、ＬＬＣコンバータ１０と制御ユニット２０とを備える。
【００３８】
ＬＬＣコンバータ１０は、信号生成回路１１、ＬＬＣ共振回路１２、トランス１３及び整流回路１４を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。ＬＬＣコンバータ１０には、それぞれ、ＬＬＣコンバータ１０の入力電圧Ｖｉ、出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏを測定するための電圧センサ３１、電流センサ３２、電圧センサ３３が設けられている。既に説明したように、ＬＬＣコンバータ１０は、トランス１３の励磁インダクタンスＬｍと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒとにより構成されたＬＬＣ共振回路１２を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであれば、図１に示したものとは異なる回路構成を有するもの（図２Ａ〜図２Ｃ参照）であっても良い。
【００３９】
制御ユニット２０は、センサ３１〜３３の出力（つまり、入力電圧Ｖｉ、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏ）と目標電圧Ｖｔｇｔとに基づき、ＬＬＣコンバータ１０内の各スイッ
チング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うユニットである。なお、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御用のマイクロコントローラを主要構成要素とした、当該マイクロコントローラ内のＣＰＵを後述する制御を実行可能なようにプログラミングしたユニットである。ただし、制御ユニット２０は、他のハードウェア構成のユニット（例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ゲートドライバ等を組み合わせたユニット）であってもよい。
【００４０】
以下、制御ユニット２０によるＬＬＣコンバータ１０の制御内容について説明する。
【００４１】
図５に、制御ユニット２０の機能ブロック図を示す。図示してあるように、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、判定部２１と駆動制御部２２とを備えたユニットとして動作するように構成（プログラミング）されている。
【００４２】
判定部２１は、所定時間当たりの出力電流Ｉｏの変化量の絶対値（以下、出力電流Ｉｏの変動幅と表記する）が、予め設定されている変動幅閾値以下であるか否かを判定する処理を繰り返すユニット（機能ブロック）である。なお、所定時間としては、例えば、スイッチング周期と同じ時間や、スイッチング周期を数倍した時間が使用される。また、変動幅閾値としては、例えば、負荷変動が生じていない場合におけるＬＬＣコンバータ１０の出力電圧の変動幅の数倍程度の値が使用される。
【００４３】
駆動制御部２２は、判定部２１により出力電流Ｉｏの変動幅が変動幅閾値以下であると判定されている場合には、出力電圧フィードバック制御を行い、そうでない場合には、オープンループ制御を行うユニット（機能ブロック）である。
【００４４】
駆動制御部２２が行う出力電圧フィードバック制御は、方形波状の電圧信号が出力されるように信号生成回路１１内の各スイッチング素子を駆動しながら、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの変化速度とに基づき、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔｇｔとなるように、各スイッチング素子のスイッチング周波数を調整する制御である。本実施形態に係る駆動制御部２２が行う出力電圧フィードバック制御は、“Ｖｏ＋ｋ・ｄＩｏ／ｄｔ”（ｋは、比例係数）と目標電圧Ｖｔｇｔとの間の偏差が“０”となるように、スイッチング周波数を調整する制御である。ただし、出力電圧フィードバック制御は、他の制御、例えば、出力電圧Ｖｏのみにスイッチング周波数を調整する制御であっても良い。
【００４５】
駆動制御部２２が行うオープンループ制御は、方形波状の電圧信号が信号生成回路１１から出力されるように、信号生成回路１１内の各スイッチング素子を、出力電圧Ｖｏが目標電圧となるスイッチング周波数（以下、目標周波数と表記する）で駆動する制御である。
【００４６】
このオープンループ制御のために行われる目標周波数の導出処理としては、様々なものを採用することができる。
【００４７】
例えば、導出処理は、目標周波数（出力電圧Ｖｏが目標電圧となるスイッチング周波数）と、出力電流Ｉｏ、入力電圧Ｖｉ及び目標電圧Ｖｔｇｔの組合せとの間の対応関係を示す対応関係情報（Ｉｏ、Ｖｉ及びＶｔｇｔに応じたオフセット位置に、目標周波数が記憶されたテーブル等）を用いて、目標周波数を導出する処理であってもよい。なお、目標電圧が固定されている場合には、当然、上記対応関係情報の代わりに、目標周波数と、出力電流Ｉｏ及び入力電圧Ｖｉの組合せとの間の対応関係を示す情報を使用することができる。
【００４８】
また、導出処理は、ＬＬＣコンバータ１０の電圧ゲイン“Ｖｏ／Ｖｉ”の近似式である
以下の（１）式から、目標周波数ｆを算出する処理であってもよい。
【００４９】
【数２】
2019092336.tif 000004
なお、（１）式及び後述する各式におけるＳ、Ｆは、以下の値である。
【００５０】
【数３】
2019092336.tif 000005
すなわち、Ｓは、励磁インダクタンスＬｍを共振インダクタンスＬｒで割った値であり、Ｆは、スイッチング周波数ｆを、共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒの容量Ｃｒとにより定まる共振周波数ｆｒで正規化した値である。また、（１）式及び後述する各式におけるＱは、トランス１３の昇圧比Ｎと共振インダクタンスＬｒと共振コンデンサＣｒの容量Ｃｒと負荷ＲＬの抵抗ＲＬから以下の式により求められる値である。
【００５１】
【数４】
2019092336.tif 000006
【００５２】
また、導出処理は、以下の（２）式から目標周波数ｆを算出する処理であってもよい。
【００５３】
【数５】
2019092336.tif 000007
【００５４】
この（２）式は、上記した（１）式を変形することにより得られたものである。
具体的には、（１）式を変形すると、以下の（３）式を得られる。
【００５５】
【数６】
2019092336.tif 000008
【００５６】
この（３）式は、Ｆの６次式である。そのため、（３）式を、Ｆ（＝ｆ／ｆｒ）について代数的に解くことはできない。ただし、Ｆ２の代わりに、Ｇ（Ｖｉ）を用いれば、（３）式を、以下の（４）式、すなわち、Ｆについて代数的に解ける式に変形することができる。
【００５７】
【数７】
2019092336.tif 000009
【００５８】
この（４）式をＦについて解いた式をｆの式に変換すると、上記した（２）式が得られる。そして、Ｇ（Ｖｉ）は、各種動作条件における目標周波数を（１）式から求めた結果や、各種動作条件における実験結果から、スプライン関数等として、目標電圧別に、予め求めておくことができるものである。従って、上記（２）式から目標周波数ｆを算出する処理を、導出処理として採用することもできる。なお、（２）式から目標周波数ｆを算出する場合、ＲＬは、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとから算出すればよい。また、目標電圧が固定されている場合には、その目標電圧に適したＧ（Ｖｉ）のみを用意しておけばよい。
【００５９】
以下、上記した各導出処理について補足する。
上記した対応関係情報は、サイズが大きなものとならざるを得ない。そのため、対応関係情報を用いて目標周波数を導出する導出処理を採用する場合には、制御ユニット２０内に比較的に大容量の記憶装置（通常、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性記憶装置）を設けなければない。また、（１）式は、ｆについて代数的に解けない式である。従って、（１）式からの目標周波数ｆの算出には、反復法を使用せざるを得ないが、反復法で所望時間内に目標周波数ｆが得られるようにするためには、高性能のＣＰＵを制御ユニット２０に搭載することが必要となる。
【００６０】
一方、（２）式から目標周波数ｆを算出するようにしておけば、大容量の記憶装置や高性能のＣＰＵを用いることなく制御ユニット２０を実現できることになる。従って、そのような観点からは、導出処理が、（２）式により目標周波数ｆを導出する処理であることが好ましいことになる。
【００６１】
以上、説明したように、本実施形態に係る電源装置の制御ユニット２０は、出力電流Ｉｏの変動幅が、変動幅閾値を超えている間は、オープンループ制御を実行する。従って、本実施形態に係る電源装置では、図６Ａ、図６Ｂに示したように、入力電圧Ｖｉが３１２Ｖとなっている状況で、出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化した場合（図６Ａ）にも、入力電圧Ｖｉが１８０Ｖとなっている状況で、出力電流Ｉｏが１Ａから５０Ａに１００Ａ／ｍｓの速度で変化した場合（図６Ｂ）にも、出力電圧Ｖｏの変動量を比較的に小さな値とすることができる。また、本実施形態に係る電源装置によれば、ＬＬＣコンバータの動作状態に他の変化（目標電圧の変化、負荷電流の出力）が生じた場合にも、ＬＬＣコンバータの出力電圧に大きな変動を生じることを抑止することができる。
【００６２】
〔変形例〕
上記した実施形態に係る電源装置は、各種の変形が行えるものである。例えば、判定部２１は、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、出力電圧フィードバック制御では出力電圧Ｖoに所定量以上の変動（抑制すべき大きさの変動）が生じ得る第１状態であるか否かを
判定できるものでありさえすればよい。従って、判定部２１を、入力電圧Ｖｉに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であるか否かを判定するユニット（例えば、入力電圧Ｖｉが、出力電圧フィードバック制御では出力電圧Ｖoに所定量以上の変動が生
じる電圧範囲内にあるか否かを判定するユニット）に変形しても良い。また、判定部２１を、図７に示したように、入力電圧Ｖｉと出力電流Ｉｏとが入力されるユニットであって、入力電圧Ｖｉが、出力電圧フィードバック制御でも出力電圧Ｖoに大きな変動が生じな
い電圧範囲外の電圧となっている状況で、出力電流Ｉｏの変化幅が変化幅閾値を超えた場合に、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が第１状態であると判定するユニットに変形しても良い。
【００６３】
Ｇ（Ｖｉ）を、Ｖｉとは異なる物性値（電圧、電流）の関数としておいても良い。また、Ｇ（Ｖｉ）を、２つの物性値の関数としておいても良い。
【００６４】
判定部２１を、入力電圧Ｖｉと出力電流Ｉｏと目標電圧Ｖｔｇｔとに基づき、ＬＬＣコンバータ１０の動作状態が、出力電圧フィードバック制御を実行するとオープンループ制御を実行した場合よりも出力電圧Ｖｉに生ずる変動量が大きくなる第１状態であるか否かを判定するユニットに変形してもよい。また、制御ユニット２０を、目標電圧Ｖｔｇｔが変更された場合、所定条件（例えば、規定時間の経過、出力電圧Ｖoの安定）が満たされ
るまで、オープンループ制御を行った後、出力電圧フィードバック制御を開始するユニットに変形してもよい。また、入力電圧Ｖｉの代わりに、入力電圧Ｖｉの指標値（Ｖｉと相関関係がある物性値）を用いてもよく、出力電流Ｉｏの代わりに、出力電流Ｉｏの指標値を用いても良い。
【００６５】
また、図８に示したように、ＬＣＣコンバータも、非線形なゲイン特性を有する。そのため、ＬＣＣコンバータをフィードバック制御だけで制御したのでは、負荷変動時に大きな出力電圧変動（図４Ｂ参照）が生じ得る。上記のように、フィードバック制御とオープンループ制御でＬＣＣコンバータを制御してやれば、負荷変動時に大きな出力電圧変動が生じないようにすることができる。従って、実施形態に係る電源装置を、ＬＣＣコンバータ３０の代わりに、ＬＣＣコンバータ、例えば、図９Ａや図９Ｂに示した回路構成を有するＬＣＣコンバータを備えた装置に変形しても良い。
【００６６】
本発明の構成要件と実施形態の構成とを対比可能とするために、以下に、各独立請求項にかかる発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
【００６７】
１．  共振回路（１２）と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路（１２）に供給する信号生成回路（１１）とを備えたＬＣ共振型ＬＣコンバータ（１０）と、
制御ユニット（２０）と、
を含み、
前記制御ユニット（２０）は、
前記信号生成回路から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部であって、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部（２２）と、
前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が、前記フィードバック制御では出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部（２１）と、
を備え、
前記制御ユニット（２０）の前記駆動制御部（２２）は、前記判定部（２１）により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータ
（１０）の動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
ことを特徴とする電源装置。
【００６８】
７．  共振回路（１２）と、少なくとも２つのスイッチング素子を含む、入力電圧から方形波状の電圧信号を生成して前記共振回路（１２）に供給する信号生成回路（１１）とを備えるＬＣ共振型コンバータ（１０）を制御するための制御装置（２０）であって、
前記信号生成回路（１１）から方形波状の電圧信号が出力されるように前記信号生成回路内の各スイッチング素子を駆動する駆動制御部（２２）であって、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧を用いて前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が目標電圧となるように前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するフィードバック制御と、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の入力電圧及び出力電流と前記目標電圧とから前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の出力電圧が前記目標電圧となるスイッチング周波数を求め、求めたスイッチング周波数で前記信号生成回路（１１）内の各スイッチング素子を駆動するオープンループ制御とを実行可能な駆動制御部（２２）と、
前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態に関する情報に基づき、前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が、前記フィードバック制御を実行すると出力電圧に所定量以上の変動が生じ得る第１状態であるか否かを判定する判定部（２１）と、
を備え、
前記駆動制御部（２２）は、前記判定部（２１）により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態ではないと判定されている場合には、前記フィードバック制御を実行し、前記判定部により前記ＬＣ共振型コンバータ（１０）の動作状態が前記第１状態であると判定されている場合には、前記オープンループ制御を実行する、
ことを特徴とする制御装置。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ＬＬＣコンバータ
１１  信号生成回路
１２  ＬＬＣ共振回路
１３  トランス
１４  整流回路
２０  制御ユニット
２１  判定部
２２  駆動制御部
【図１】
2019092336.tif 000011
【図２Ａ】
2019092336.tif 000012
【図２Ｂ】
2019092336.tif 000013
【図２Ｃ】
2019092336.tif 000014
【図３】
2019092336.tif 000015
【図４Ａ】
2019092336.tif 000016
【図４Ｂ】
2019092336.tif 000017
【図５】
2019092336.tif 000018
【図６Ａ】
2019092336.tif 000019
【図６Ｂ】
2019092336.tif 000020
【図７】
2019092336.tif 000021
【図８】
2019092336.tif 000022
【図９Ａ】
2019092336.tif 000023
【図９Ｂ】
2019092336.tif 000024