(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル制御電源回路の制御回路であって、
前記デジタル制御電源回路の出力電圧に応じたデジタルのフィードバック値がその目標値に近づくように、デジタルのデューティ指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記出力電圧の変動を検出すると、前記デューティ指令値を補正するノンリニアコントローラと、
補正後のデューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記パルス信号に応じて、前記デジタル制御電源回路のスイッチング素子を駆動するドライバと、
を備え、
前記ノンリニアコントローラは、
前記出力電圧に応じたアナログのフィードバック電圧を監視し、前記フィードバック電圧の変動幅が所定のしきい値電圧を超えたことを前記出力電圧の前記変動として検出し、補正値を出力するアナログアシスト回路と、
前記デューティ指令値と前記補正値を加算もしくは減算することにより、前記デューティ指令値を補正する加減算器と、
を含み、
前記パルス信号がオフレベルであるオフ時間の間に、前記アナログアシスト回路による前記デューティ指令値の補正が発生すると、前記パルス発生器は、前記パルス信号の周期をリセットし、直ちに次のサイクルのパルス信号の生成を開始することを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記アナログアシスト回路は、前記出力電圧が正側に変動したとき、前記パルス信号のパルス幅が減少するような前記補正値を出力することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記アナログアシスト回路は、前記出力電圧が負側に変動したとき、前記パルス信号のパルス幅が増加するような前記補正値を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記アナログアシスト回路は、
前記フィードバック電圧の交流成分を前記しきい値電圧と比較するアナログコンパレータと、
前記アナログコンパレータの出力に応じて、前記補正値を出力する第１補正値生成部と、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御回路。
【請求項５】
デジタル制御電源回路の制御回路であって、
前記デジタル制御電源回路の出力電圧に応じたデジタルのフィードバック値がその目標値に近づくように、デジタルのデューティ指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記出力電圧の変動を検出すると、前記パルス信号のパルス幅を補正するノンリニアコントローラと、
前記ノンリニアコントローラによるパルス幅の補正後のパルス信号に応じて、前記デジタル制御電源回路のスイッチング素子を駆動するドライバと、
を備え、
前記ノンリニアコントローラは、
前記出力電圧に応じたアナログのフィードバック電圧を監視し、前記フィードバック電圧の変動幅が所定のしきい値電圧を超えたことを前記出力電圧の前記変動として検出し、前記パルス信号のパルス幅の補正値に対応するパルス幅を有する補正パルスを生成するアナログアシスト回路と、
前記パルス発生器が生成した前記パルス信号と前記補正パルスを合成し、前記補正後のパルス信号を出力する合成器と、
を含み、
前記補正後のパルス信号がオフレベルであるオフ時間の間に、前記パルス信号のパルス幅の補正が発生すると、前記パルス発生器は、前記パルス信号の周期をリセットし、直ちに次のサイクルのパルス信号の生成を開始することを特徴とする制御回路。
【請求項６】
前記ノンリニアコントローラは、１回、前記パルス信号のデューティ指令値を補正した後、所定のマスク時間の間、さらなるデューティ指令値の補正を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御回路。
【請求項７】
前記ノンリニアコントローラは、１回、前記パルス信号のパルス幅を補正した後、所定のマスク時間の間、さらなるパルス幅の補正を停止することを特徴とする請求項５に記載の制御回路。
【請求項８】
デジタル制御電源回路の制御回路であって、
前記デジタル制御電源回路の出力電圧に応じたデジタルのフィードバック値がその目標値に近づくように、デジタルのデューティ指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記出力電圧の変動を検出すると、前記デューティ指令値を補正するノンリニアコントローラと、
補正後のデューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記パルス信号に応じて、前記デジタル制御電源回路のスイッチング素子を駆動するドライバと、
を備え、
前記ノンリニアコントローラは、１回、前記デューティ指令値を補正した後、所定のマスク時間の間、さらなるデューティ指令値の補正を停止することを特徴とする制御回路。
【請求項９】
前記ノンリニアコントローラは、
１サンプリング前の前記フィードバック値と現在の前記フィードバック値の差分を所定のしきい値と比較し、前記出力電圧の変動を示す信号を出力するデジタルコンパレータと、
前記デジタルコンパレータの出力に応じて、補正値を出力する第２補正値生成部と、
を含み、前記補正値を前記デューティ指令値に加算もしくは減算することにより前記デューティ指令値を補正することを特徴とする請求項８に記載の制御回路。
【請求項１０】
デジタル制御電源回路の制御回路であって、
前記デジタル制御電源回路の出力電圧に応じたデジタルのフィードバック値がその目標値に近づくように、デジタルのデューティ指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記出力電圧の変動を検出すると、前記パルス信号のパルス幅を補正するノンリニアコントローラと、
前記ノンリニアコントローラによるパルス幅の補正後のパルス信号に応じて、前記デジタル制御電源回路のスイッチング素子を駆動するドライバと、
を備え、
前記ノンリニアコントローラは、１回、前記パルス信号のパルス幅を補正した後、所定のマスク時間の間、さらなるパルス幅の補正を停止することを特徴とする制御回路。
【請求項１１】
前記フィードバックコントローラは、
前記フィードバック値とその目標値の誤差を示す誤差信号を生成する誤差検出器と、
前記誤差信号にもとづいて前記デューティ指令値を生成する補償器と、
を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の制御回路。
【請求項１２】
前記誤差検出器は、デジタルコンパレータであり、
前記補償器は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御、Ｄ制御（微分）の任意の組み合わせにもとづいて前記デューティ指令値を生成することを特徴とする請求項１１に記載の制御回路。
【請求項１３】
１サイクルあたりの前記パルス信号のパルス幅の補正量は、固定値であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の制御回路。
【請求項１４】
ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の制御回路。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とするデジタル制御電源回路。
【請求項１６】
請求項１５に記載のデジタル制御電源回路を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル制御電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
与えられた入力電圧よりも高い電圧あるいは低い電圧を生成するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）などの電源回路が利用される。こうした電源回路には、アナログ制御方式と、デジタル制御方式が存在する。アナログ制御方式では、電源回路の出力電圧とその目標値の誤差を、誤差増幅器によって増幅し、誤差増幅器の出力に応じてスイッチングのデューティ比を制御することで、出力電圧を目標値に安定化させる。デジタル制御方式では、電源回路の出力電圧をＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換し、デジタル信号処理によってスイッチングトランジスタのデューティ比を制御する。
【０００３】
デジタル制御方式の電源回路（デジタル制御電源回路）は、制御アルゴリズムに制約が少ないため設計の自由度が高く、またソフトウェア的に制御方式や出力電圧の設定値を変更できるという利点がある。また、長期的な運用に際して、各種データの履歴をデジタル値として保持可能という利点もある。
【０００４】
図１は、デジタル制御電源回路のブロック図である。電源回路１００ｒは、出力回路１０２および制御回路２００ｒを備える。出力回路１０２は、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１、整流素子Ｄ１、出力キャパシタＣ１を含む。
【０００５】
Ａ／Ｄコンバータ２０２は、出力電圧ＶＯＵＴに応じたフィードバック電圧ＶＦＢをデジタルのフィードバック値ＤＦＢに変換する。フィードバックコントローラ２１０の誤差検出器２１２は、デジタルのフィードバック値ＤＦＢとその目標値ＤＲＥＦの誤差を示す誤差信号ＤＥＲＲを生成する。補償器２１４は、誤差信号ＤＥＲＲがゼロに近づくように値が変化するデューティ指令値ＤＤＵＴＹを生成する。パルス発生器２２０は、デューティ指令値ＤＤＵＴＹに応じたデューティ比を有するパルス信号ＳＰＷＭを生成する。ドライバ２３０は、パルス信号ＳＰＷＭに応じてスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８４３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２は、図１の電源回路１００ｒの動作波形図である。時刻ｔ１に負荷電流ＩＯＵＴが急激に増加すると、出力キャパシタＣ１の電荷が放電され、出力電圧ＶＯＵＴが低下する。出力電圧ＶＯＵＴの変動が、サンプリングされたフィードバック値ＤＦＢに現れるまでには、ある遅延τ１が存在する。またフィードバック値ＤＦＢに出力電圧ＶＯＵＴの変動が現れると、誤差信号ＤＥＲＲが大きくなるが、誤差信号ＤＥＲＲがパルス信号ＳＰＷＭのデューティ比に反映されるまでに、演算の遅延τ２が存在する。さらに補償器２１４の遅延（図２には不図示）により、デューティ比は誤差信号ＤＥＲＲに遅れて追従する。
【０００８】
このように電源回路１００ｒは、出力電圧ＶＯＵＴを所定のサンプリングレートでサンプリングすることから、不連続制御となり、サンプリングが不要で連続制御可能なアナログ制御電源回路に比べて、応答性で劣る場合がある。図２の例では、フィードバック電圧ＶＦＢが低下した後、３つ目のパルスＰ３においてようやくデューティ比が変化している。つまりフィードバック電圧ＶＦＢの変動からパルス信号ＳＰＷＭのデューティ比が増大するまでに、無視できない大きな応答遅延τＤＥＬＡＹが存在し、これにより出力電圧ＶＯＵＴの変動が大きくなる。
【０００９】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、応答性を改善したデジタル制御電源回路およびその制御回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は、デジタル制御電源回路の制御回路に関する。制御回路は、デジタル制御電源回路の出力電圧に応じたデジタルのフィードバック値がその目標値に近づくように、デジタルのデューティ指令値を生成するフィードバックコントローラと、デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス発生器と、出力電圧の変動を検出すると、パルス信号のパルス幅を補正するノンリニアコントローラと、パルス信号に応じて、デジタル制御電源回路のスイッチング素子を駆動するドライバと、を備える。
【００１１】
この態様によると、ノンリニアコントローラによってパルス幅を低遅延で補正することで、出力電圧の変動を抑制できる。
【００１２】
ノンリニアコントローラは、出力電圧が正側に変動したとき、パルス信号のパルス幅を減少させてもよい。またノンリニアコントローラは、出力電圧が負側に変動したとき、パルス信号のパルス幅を増加させてもよい。
【００１３】
ノンリニアコントローラは、出力電圧に応じたアナログのフィードバック電圧を監視し、フィードバック電圧の変動幅が所定のしきい値電圧を超えると、パルス信号のパルス幅を補正するアナログアシスト回路を含んでもよい。
連続制御が可能なアナログ回路を用いることで、サンプリングに依存しない高速な補正が可能となり、応答性を高めることができる。
【００１４】
アナログアシスト回路は、フィードバック電圧の交流成分をしきい値電圧と比較するアナログコンパレータと、アナログコンパレータの出力に応じて、パルス信号のパルス幅を補正する第１補正量生成部と、を含んでもよい。
【００１５】
第１補正量生成部は、パルス幅の補正量に相当するデューティ補正値を生成し、デューティ指令値を増減させてもよい。
デューティ指令値を増減させることで、パルス信号のパルス幅を補正できる。
【００１６】
パルス発生器は、パルス信号がオフレベルであるオフ時間の間に、アナログアシスト回路によるパルス信号のパルス幅の補正が発生すると、直ちにリセットされてもよい。
これにより、次のサイクルで直ちに補正後のパルス幅を有するパルス信号を生成することができ、応答性を高めることができる。
【００１７】
ノンリニアコントローラは、１回、デューティ指令値を補正した後、所定のマスク時間の間、デューティ指令値の補正を停止してもよい。
これによりデューティ指令値が過補正されて、出力電圧に補正に起因する変動が及ぶのを防止できる。
【００１８】
ノンリニアコントローラは、フィードバック値を監視し、フィードバック値の変動幅が所定のしきい値を超えると、パルス信号のパルス幅を補正するデジタルノンリニアコントローラを含んでもよい。
補償器を介さない高速なデジタル回路によりパルス幅を補正することで、応答性を高めることができる。
【００１９】
デジタルノンリニアコントローラは、１サンプリング前のフィードバック値と現在のフィードバック値の差分を、所定のしきい値と比較するデジタルコンパレータと、デジタルコンパレータの出力に応じて、パルス信号のパルス幅を補正する第２補正量生成部と、を含んでもよい。
【００２０】
第２補正量生成部は、パルス幅の補正量に相当するデューティ補正値を生成し、デューティ指令値を増減させてもよい。
【００２１】
フィードバックコントローラは、フィードバック値とその目標値の誤差を示す誤差信号を生成する誤差検出器と、誤差信号にもとづいてデューティ指令値を生成する補償器と、を含んでもよい。
【００２２】
誤差検出器は、デジタルコンパレータであり、補償器は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御、Ｄ制御（微分）の任意の組み合わせにもとづいてデューティ指令値を生成してもよい。
【００２３】
ノンリニアコントローラは、出力電圧の変動を検出すると、デューティ指令値を補正してもよい。パルス発生器は、補正後のデューティ指令値に応じてパルス信号を生成してもよい。
【００２４】
ノンリニアコントローラは、出力電圧の変動を検出すると、パルス信号のパルス幅の補正量に応じた補正パルスを生成し、パルス発生器が生成するパルス信号に補正パルスを合成することにより、パルス幅を補正してもよい。
【００２５】
１サイクルあたりのパルス信号のパルス幅の補正量は、固定値であってもよい。１サイクルあたりのパルス信号のパルス幅の補正量は、出力電圧の変動量に応じた可変量であってもよい。
【００２６】
制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
【００２７】
本発明の別の態様は、デジタル制御電源回路に関する。デジタル制御電源回路は、上述のいずれかの制御回路を備える。
【００２８】
本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、上述のデジタル制御電源回路を備える。
【００２９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のある態様によれば、デジタル制御電源回路の安定性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】デジタル制御電源回路のブロック図である。
【図２】図１の電源回路の動作波形図である。
【図３】実施の形態に係るデジタル制御電源回路のブロック図である。
【図４】ノンリニアコントローラの構成例を示すブロック図である。
【図５】フィードバックコントローラの構成例を示すブロック図である。
【図６】ノンリニアコントローラによるデューティ比の補正を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、アナログアシスト回路によるデューティ比の補正を示す図である。
【図８】第２変形例に係る制御回路のブロック図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、デジタル制御電源回路を備える電子機器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００３３】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。また、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００３４】
図３は、実施の形態に係るデジタル制御電源回路（以下、単に電源回路という）１００のブロック図である。電源回路１００は、制御回路２００および出力回路１０２を備える。
【００３５】
出力回路１０２は、制御回路２００に外付けされるいくつかの回路部品および配線を含む。出力回路１０２は、少なくとも、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１を有する。図３には、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの出力回路が示されており、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１に加えて、整流素子Ｄ１、出力キャパシタＣ１をさらに有する。スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じて、出力ライン１０４には、入力電圧ＶＩＮを降圧した出力電圧ＶＯＵＴが発生する。
【００３６】
続いて制御回路２００を説明する。
【００３７】
制御回路２００は、Ａ／Ｄコンバータ２０２、フィードバックコントローラ２１０、パルス発生器２２０、ドライバ２３０、ノンリニアコントローラ２４０を備え、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。制御回路２００は、汎用マイコンの一部であってもよいし、専用に設計されたＡＳＩＣ（Application Specific IC）であってもよい。また図３およびその他の図面に示される各ブロックは、専用のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアプログラムを実行するプロセッサにより構成してもよい。
【００３８】
制御回路２００のフィードバック（ＦＢ）端子には、出力電圧ＶＯＵＴに応じたアナログのフィードバック電圧ＶＦＢが入力される。また出力（ＯＵＴ）端子は、スイッチングトランジスタＭ１のゲートと接続される。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ２０２は、（i）デジタル制御電源回路の出力電圧ＶＯＵＴに応じた電圧レベルを有するフィードバック電圧ＶＦＢをサンプリングし、デジタルのフィードバック値ＤＦＢに変換する。たとえばフィードバック電圧ＶＦＢは、出力回路１０２の抵抗分圧回路Ｒ１、Ｒ２によって出力電圧ＶＯＵＴを分圧した電圧である。Ａ／Ｄコンバータ２０２のサンプリング周期は、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチング周期と同一であってもよい。
【００４０】
フィードバックコントローラ２１０は、フィードバック値ＤＦＢがその目標値ＤＲＥＦに近づくように、デジタルのデューティ指令値ＤＤＵＴＹを生成する。
【００４１】
パルス発生器２２０は、デューティ指令値ＤＤＵＴＹに応じたデューティ比を有するパルス信号ＳＰＷＭを生成する。パルス発生器２２０は、デューティ−パルス変換器と把握することができる。ドライバ２３０は、パルス信号ＳＰＷＭにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。
【００４２】
ノンリニアコントローラ２４０は、出力電圧ＶＯＵＴの変動を検出すると、パルス信号ＳＰＷＭのパルス幅（オン時間）、つまりデューティ比を補正する。ノンリニアコントローラ２４０は、出力電圧ＶＯＵＴが正側に変動したとき、パルス幅ＴＯＮを所定量ΔＴ、減少させ、反対に出力電圧ＶＯＵＴが負側に変動したとき、パルス幅ＴＯＮを所定量ΔＴ、増加させる。
【００４３】
この実施の形態では、ノンリニアコントローラ２４０は、フィードバックコントローラ２１０が生成したデューティ指令値ＤＤＵＴＹを補正することにより、パルス幅を補正する。このノンリニアコントローラ２４０は、出力電圧ＶＯＵＴが正側に変動したとき、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを減少させ、反対に出力電圧ＶＯＵＴが負側に変動したとき、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを増加させてもよい。ノンリニアコントローラ２４０による補正が発生すると、パルス発生器２２０が生成するパルス信号ＳＰＷＭのデューティ比は、補正後のデューティ指令値ＤＤＵＴＹ’に応じて設定される。
【００４４】
図４は、ノンリニアコントローラ２４０の構成例を示すブロック図である。
ノンリニアコントローラ２４０は、アナログアシスト回路２４２、デジタルノンリニアコントローラ２４４を含む。
【００４５】
アナログアシスト回路２４２は、出力電圧ＶＯＵＴに応じたアナログのフィードバック電圧ＶＦＢを監視し、フィードバック電圧ＶＦＢの変動幅が所定のしきい値電圧を超えると、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを補正する。
【００４６】
具体的にはアナログアシスト回路２４２は、ハイパスフィルタ２４８、アナログコンパレータＡＣＭＰ１、ＡＣＭＰ２、第１補正量生成部２５０を含む。ハイパスフィルタ２４８は、フィードバック電圧ＶＦＢの交流成分を通過させる。ハイパスフィルタ２４８は、ＤＣブロックキャパシタであってもよいし、２次以上のハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタであってもよい。
【００４７】
アナログコンパレータＡＣＭＰ１は、フィードバック電圧ＶＦＢの交流成分ＶＡＣを正側のしきい値電圧ＶＰと比較する。アナログコンパレータＡＣＭＰ１の出力（補正信号という）Ｓ１１は、交流成分ＶＡＣがしきい値電圧ＶＰを超えるとアサート（たとえばハイレベル）される。またアナログコンパレータＡＣＭＰ２は、フィードバック電圧ＶＦＢの交流成分を負側のしきい値電圧ＶＮと比較する。アナログコンパレータＡＣＭＰ２の出力Ｓ１２は、交流成分ＶＡＣがしきい値電圧ＶＮを下回るとアサート（たとえばハイレベル）される。アナログコンパレータＡＣＭＰ１、アナログコンパレータＡＣＭＰ２は、ＡＣ結合コンパレータと把握することも可能である。
【００４８】
第１補正量生成部２５０は、アナログコンパレータＡＣＭＰ１、ＡＣＭＰ２の出力Ｓ１１、Ｓ１２に応じて、補正値ＤＣＯＲＲ１を生成する。たとえば第１補正量生成部２５０は、信号Ｓ１１がアサートされると、負の補正値ＤＣＯＲＲ１を出力し、信号Ｓ１２がアサートされると、正の補正値ＤＣＯＲＲ１を出力してもよい。補正値ＤＣＯＲＲ１は、レジスタにより設定可能な固定値であってもよい。加減算器２４６は、フィードバックコントローラ２１０からのデューティ指令値ＤＤＵＴＹに、補正値ＤＣＯＲＲ１を加算（もしくは減算）し、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを補正する。
【００４９】
デジタルノンリニアコントローラ２４４は、デジタルのフィードバック値ＤＦＢを監視し、フィードバック値ＤＦＢの変動幅ΔＤＦＢが所定のしきい値を超えると、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを補正する。
【００５０】
デジタルノンリニアコントローラ２４４は、差分検出器２５２、デジタルコンパレータＤＣＭＰ１、ＤＣＭＰ２、第２補正量生成部２５８を含む。
【００５１】
差分検出器２５２は、１サンプリング前のフィードバック値ＤＦＢ’と現在のフィードバック値ＤＦＢの差分ΔＤＦＢを生成する。この差分ΔＤＦＢは、フィードバック値ＤＦＢの変動幅ΔＤＦＢに相当し、またフィードバック値ＤＦＢの傾きと把握することもできる。差分検出器２５２は、遅延器２５４と減算器２５６とで構成できる。
【００５２】
デジタルコンパレータＤＣＭＰ１は、差分ΔＤＦＢを所定の正側のしきい値ＤＰと比較する。デジタルコンパレータＤＣＭＰ１の出力（補正信号）Ｓ２１は、変動幅ΔＤＦＢがしきい値ＤＰを超えるとアサート（たとえば１）される。またデジタルコンパレータＤＣＭＰ２は、差分ΔＤＦＢを所定の負側のしきい値ＤＮと比較する。デジタルコンパレータＤＣＭＰ２の出力Ｓ２２は、変動幅ΔＤＦＢがしきい値ＤＮを下回るとアサート（たとえば１）される。
【００５３】
第２補正量生成部２５８は、デジタルコンパレータＤＣＭＰ１、ＤＣＭＰ２の出力Ｓ２１、Ｓ２２に応じて、補正値ＤＣＯＲＲ２を生成する。たとえば第２補正量生成部２５８は、信号Ｓ２１がアサートされると、負の補正値ＤＣＯＲＲ２を出力し、信号Ｓ２２がアサートされると、正の補正値ＤＣＯＲＲ２を出力してもよい。補正値ＤＣＯＲＲ２は、レジスタにより設定された固定値であってもよい。加減算器２４６は、フィードバックコントローラ２１０からのデューティ指令値ＤＤＵＴＹに、補正値ＤＣＯＲＲ２を加算（もしくは減算）し、デューティ指令値ＤＤＵＴＹを補正する。
【００５４】
ノンリニアコントローラ２４０は、デューティ比の補正を１回行った後は、その後、所定のマスク時間ＴＭＳＫの間、デューティ比の補正を停止する。具体的には、アナログアシスト回路２４２による補正が行われた後、マスク時間ＴＭＳＫの間、アナログアシスト回路２４２およびデジタルノンリニアコントローラ２４４によるデューティ比の補正値ＣＯＲＲ１，ＤＣＯＲＲ２は、補正信号Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２にかかわらずゼロとなる。マスク時間ＴＭＳＫの長さは特に限定されないがたとえばＰＷＭの１周期〜数周期としてもよい。
【００５５】
図５は、フィードバックコントローラ２１０の構成例を示すブロック図である。誤差検出器２１２は、デジタルのフィードバック値ＤＦＢを、その目標値ＤＲＥＦと比較するデジタルコンパレータである。補償器２１４は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器２１６と、ビットシフタ２１８を含む。ＰＩＤ補償器２１６のＺ−１は遅延器を、Ｋ０〜Ｋ２は係数乗算器を表す。ビットシフタ２１８はＰＩＤ補償器２１６の出力の下位ビットを切り捨て、後段のパルス発生器２２０のビット幅に適合させる。
【００５６】
以上が実施の形態に係る制御回路２００を備える電源回路１００の構成である。
【００５７】
図６は、ノンリニアコントローラ２４０によるデューティ比の補正を示す図である。ここでは、図２と同じ負荷変動を考える。図６の破線のフィードバック電圧ＶＦＢは、図２に示す従来の電源回路１００ｒのそれであり、図６のＳＰＷＭ’は、図２に示す従来の電源回路１００ｒのそれである。
【００５８】
ここではアナログアシスト回路２４２による補正を説明する。フィードバック電圧ＶＦＢが低下すると、その交流成分ＶＡＣが変動し、時刻ｔ２にアナログアシスト回路２４２において補正信号Ｓ１２がアサートされる。補正信号Ｓ１２のアサートに応答して、時刻ｔ１の後の１つめのパルスＰ１において直ちに正の補正値ＤＣＯＲＲが出力され、パルスＰ１のデューティ比（パルス幅）ＤＤＵＴＹ’が、フィードバックコントローラ２１０が指示するデューティ指令値ＤＤＵＴＹよりも、補正値ＣＯＲＲ分だけ大きくなる。その結果、スイッチングトランジスタＭ１のオン時間が長くなり、従来の電源回路１００ｒよりも、インダクタＬ１から出力キャパシタＣ１に供給される電流量が増大する。これにより、フィードバック電圧ＶＦＢ（つまり出力電圧ＶＯＵＴ）の低下が抑制される。
【００５９】
続く２番目のパルスＰ２の周期においても引き続き補正信号Ｓ１２はアサートされているが、パルスＰ１の補正の後、マスク時間ＴＭＳＫの間、補正は行われない。続く３番目のパルスＰ３の周期では、マスク時間ＴＭＳＫは終了しているため、再びデューティ比が補正される。
【００６０】
出力電圧ＶＯＵＴが上昇した場合には、アナログアシスト回路２４２によって、パルス信号ＳＰＷＭのパルス幅が直ちに狭められ、上昇が抑制される。デジタルノンリニアコントローラ２４４による補正も、アナログアシスト回路２４２と同様に行われる。
【００６１】
ノンリニアコントローラ２４０のさらなる特徴を説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、アナログアシスト回路２４２によるデューティ比の補正を示す図である。図７（ａ）は、パルス信号ＳＰＷＭがハイレベルの期間（オン時間ＴＯＮ）において、デューティ比の補正（補正信号Ｓ１１、Ｓ１２のアサート）が発生した場合である。この場合、現在出力しているパルス信号ＳＰＷＭのトレイリングエッジ（ネガティブエッジ）が遅延、もしくは速められて、パルス幅（デューティ比）が補正される。
【００６２】
図７（ｂ）は、パルス信号ＳＰＷＭがローレベルの期間（オフ時間ＴＯＦＦ）において、デューティ比の補正が発生した場合である。この場合、補正信号Ｓ１２のアサートに応じてパルス発生器２２０の周期をリセットし、直ちに次のサイクルＴ２のパルスの生成を開始する。
【００６３】
図７（ｃ）は、オフ区間ＴＯＦＦにデューティ比の補正が発生した場合に、パルス発生器２２０をリセットしない場合の動作である。この場合、デューティ比が補正されるまでに遅延τｄが発生し、アナログアシスト回路２４２の利点である高速応答性が損なわれる。図７（ｂ）のようにパルス発生器２２０の周期をリセットすることで、直ちに、デューティ比を補正したパルス信号を生成することができ、応答性を速めることができる。
【００６４】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００６５】
（第１変形例）
実施の形態では、ノンリニアコントローラ２４０に関して、アナログアシスト回路２４２とデジタルノンリニアコントローラ２４４のハイブリッド回路を説明したが、アナログアシスト回路２４２のみ、あるいはデジタルノンリニアコントローラ２４４のみで構成してもよい。
【００６６】
（第２変形例）
実施の形態では、ノンリニアコントローラ２４０によるパルス信号ＳＰＷＭのパルス幅の補正として、デューティ指令値ＤＤＵＴＹに、デューティ補正値ＤＣＯＲＲを加減算する方式を採用したが、本発明はそれに限定されない。
図８は、第２変形例に係る制御回路２００ａのブロック図である。ノンリニアコントローラ２４０は、出力電圧ＶＯＵＴの変動を検出すると、パルス信号ＳＰＷＭのパルス幅の補正量ΔＴに応じた補正パルスＳＣＯＲＲを生成し、パルス発生器２２０が生成するパルス信号ＳＰＷＭに補正パルスＳＣＯＲＲを合成することにより、パルス幅が補正されたパルス信号ＳＰＷＭ’を生成する。
【００６７】
この変形例では、パルス合成器２４７は論理ゲートの組み合わせで構成できる。たとえば、パルス幅を伸ばしたい場合には、論理和（ＯＲ）ゲートを用いればよい。反対にパルス幅を縮めたい場合には、短縮すべき時間区間の間、ローレベルとなる補正パルスＳＣＯＲＲを生成し、補正パルスＳＣＯＲＲとパルス信号ＳＰＭＷの論理積（ＡＮＤ）を演算してもよい。本発明においてパルス幅を補正する方式は限定されず、さまざまな変形例が存在しうる。
【００６８】
（第３変形例）
図５のフィードバックコントローラ２１０も例示に過ぎない。誤差検出器２１２としては、減算器を用いてもよい。また補償器２１４としては、ＰＩＤ補償器に代えて、Ｐ補償器、ＰＩ補償器など、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御、Ｄ制御（微分）の任意の組み合わせの補償器を用いることができる。
【００６９】
（第４変形例）
実施の形態では、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを説明したが、出力回路１０２のトポロジーは特に限定されない。たとえば整流素子Ｄ１の代わりに同期整流トランジスタを備えてもよい。あるいは出力回路１０２は、昇圧型、昇降圧型、電圧反転型のコンバータであってもよいし、インダクタに代えてトランスを利用したコンバータであってもよい。
【００７０】
（第５変形例）
実施の形態では、ノンリニアコントローラ２４０によるパルス幅の補正として、パルス幅の増加、減少の両方をサポートしたが、いずれか一方のみとしてもよい。出力電圧ＶＯＵＴのアンダーシュートが問題となるアプリケーションでは、パルス幅を増加させる機能のみとし、出力電圧ＶＯＵＴのオーバーシュートが問題となるアプリケーションでは、パルス幅を減少させる機能のみを実装してもよい。
【００７１】
（第６変形例）
図４のデジタルノンリニアコントローラ２４４では、デジタルのフィードバック値ＤＦＢの変動量（傾き）にもとづいてパルス信号ＳＰＷＭを補正したが、本発明はそれに限定されない。デジタルノンリニアコントローラ２４４は、フィードバック値ＤＦＢの傾きの変化量にもとづいて、パルス幅を補正してもよい。
【００７２】
（電源回路の用途）
最後に、電源回路１００の用途を説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、電源回路１００を備える電子機器を示すブロック図である。図９（ａ）の電子機器１ａは、商用交流電源４からの交流電圧を整流するブリッジ回路６と、平滑キャパシタ８と、上述の電源回路１００と、負荷９を備える。この場合、電源回路１００としては、非絶縁型の降圧、昇圧、あるいは昇降圧コンバータなどが好適に利用できる。負荷９は、たとえばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、各種マイコンなどが想定されるが、特に限定されない。電子機器１ａは、たとえば移動体通信用の基地局、テレビやＰＣ、冷蔵庫などの家電製品、ファクシミリやコピー機などのＯＡ機器、工作機械、などが例示される。
【００７３】
図９（ｂ）の電子機器１ｂは、電池３と、電池の電圧を受ける上述の電源回路１００と、負荷９を備える。こうした電子機器１ｂとしては、携帯電話端末、タブレットＰＣ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのが例示される。たとえば負荷９は、マイコンやメモリ、液晶ドライバや、液晶バックライト用ＬＥＤ、カメラのフラッシュ用ＬＥＤなどであってもよい。
【００７４】
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１００…電源回路、１０２…出力回路、２００…制御回路、２０２…Ａ／Ｄコンバータ、２１０…フィードバックコントローラ、２１２…誤差検出器、２１４…補償器、２１６…ＰＩＤ補償器、２１８…ビットシフタ、２２０…パルス発生器、２３０…ドライバ、２４０…ノンリニアコントローラ、２４２…アナログアシスト回路、２４４…デジタルノンリニアコントローラ、２４６…加減算器、２４８…ハイパスフィルタ、ＡＣＭＰ１，ＡＣＭＰ２…アナログコンパレータ、２５０…第１補正量生成部、２５２…差分検出器、２５４…遅延器、２５６…減算器、ＤＣＭＰ１，ＤＣＭＰ２…デジタルコンパレータ、２５８…第２補正量生成部、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｌ１…インダクタ、Ｄ１…整流素子、Ｃ１…出力キャパシタ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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