(57)【要約】【課題】  リモートセンス方式を採用する電源装置において、高精度な電圧供給と高速応答とを同時に満足させる。【解決手段】  ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、出力コンデンサ２を備え、電源電圧Vinを所定電圧に変換して負荷２００に出力する。負荷２００には、電圧安定化用の負荷側コンデンサ５が並列接続される。演算増幅器７は、負荷２００への供給電圧をセンスし基準電圧に基づいてコンバータ１への制御信号を生成する。ここで、負荷配線のインダクタンスLl、コンデンサ２，５の容量Co，Clによるカットオフ周波数と、出力コンデンサ２の容量Co及びその等価直列抵抗分ESRoによるカットオフ周波数と、負荷側コンデンサ５の容量Cl及びその等価直列抵抗分ESRlによるカットオフ周波数との区間において、コンバータ１を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件を満たし、演算増幅器７にコンバータ１の位相の１次遅れに対する１次進みを持たせることで位相を補償する。【選択図】図１
2007336748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力コンデンサを備え、電源電圧をフィードバック制御信号に基づく所定の電圧に変換して負荷に出力する、位相の１次遅れを有する電圧変換手段と、
前記負荷に並列接続され、前記電圧変換手段から出力される電圧を安定化して前記負荷に供給する負荷側コンデンサと、
前記負荷への供給電圧をリモートセンスして基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて前記電圧変換手段へのフィードバック制御信号を生成するフィードバック制御手段とを具備し、
前記電圧変換手段の電圧出力端と前記負荷とを接続する配線のインダクタンス、前記出力コンデンサの容量及び前記負荷側コンデンサの容量によるカットオフ周波数と、前記出力コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数と、前記負荷側コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数との区間において、前記電圧変換手段を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件を満たし、
前記フィードバック制御手段に前記電圧制御手段の位相の１次遅れに対する１次進みを持たせて位相を補償することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、さらに前記出力コンデンサの容量及び等価直列抵抗分によるカットオフ周波数以下で積分処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記電圧変換手段は、前記フィードバック制御信号によりパルス幅変調、パルス周波数変調、フェーズシフト変調を行うことで出力電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
出力コンデンサを備え、電源電圧をフィードバック制御信号に基づく所定の電圧に変換して負荷に出力する、位相の１次遅れを有する電圧変換手段と、
前記負荷に並列接続され、前記電圧変換手段から出力される電圧を安定化して前記負荷に供給する負荷側コンデンサと、
前記負荷への供給電圧をリモートセンスして基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて前記電圧変換手段へのフィードバック制御信号を生成するフィードバック制御手段とを具備する電源装置に用いられ、
前記電圧変換手段の電圧出力端と前記負荷とを接続する配線のインダクタンス、前記出力コンデンサの容量及び前記負荷側コンデンサの容量によるカットオフ周波数と、前記出力コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数と、前記負荷側コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数との区間において、前記電圧変換手段を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件を満たし、
前記フィードバック制御手段に前記電圧制御手段の位相の１次遅れに対する１次進みを持たせて位相を補償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、例えば、ＣＰＵ（演算処理装置）等の低電圧、大電流、高精度、高速応答が要求される負荷に電源を供給する電源装置に係り、特にリモートセンス方式を採用するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ駆動用電源装置にあっては、低電圧、大電流、高精度、高速応答が要求されるようになり、リモートセンス方式が採用されつつある。このリモートセンス方式は、配線の抵抗成分によるラインドロップ分を補償するためのものである。具体的には、ＡＣ成分を電源端からセンスし、ＤＣ成分を負荷端からリモートセンスして合成する方式、または、ＤＣ成分を電源端からセンスし、ＡＣ成分を負荷端からリモートセンスして合成する方式（例えば特許文献１参照）が提案されている。
【０００３】
しかし、前者の方式では、負荷の過渡的な変動に対して高速な応答は困難で、それに対応するために非常に大きなデカップリングコンデンサが必要となる。これに対し、後者の方式では、高速応答は可能であるが、電圧の精度が悪く、高精度が要求される低電圧の電源には不向きである。
【特許文献１】特開２００２−１７６７７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように従来のリモートセンス方式を採用する電源装置では、負荷の過渡的な変動に対する高速応答と高精度な電圧供給とを両立させることが極めて困難であった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、リモートセンス方式を採用する場合でも、高精度な電圧供給と高速応答とを同時に実現可能な電源装置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】
【０００６】
本発明に係る電源装置は、出力コンデンサを備え、電源電圧をフィードバック制御信号に基づく所定の電圧に変換して負荷に出力する、位相の１次遅れを有する電圧変換手段と、前記負荷に並列接続され、前記電圧変換手段から出力される電圧を安定化して前記負荷に供給する負荷側コンデンサと、前記負荷への供給電圧をリモートセンスして基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて前記電圧変換手段へのフィードバック制御信号を生成するフィードバック制御手段とを具備し、前記電圧変換手段の電圧出力端と前記負荷とを接続する配線のインダクタンス、前記出力コンデンサの容量及び前記負荷側コンデンサの容量によるカットオフ周波数と、前記出力コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数と、前記負荷側コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数との区間において、前記電圧変換手段を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件を満たし、前記フィードバック制御手段に前記電圧制御手段の位相の１次遅れに対する１次進みを持たせて位相を補償することを特徴とする。
【０００７】
このように、本発明では、前記電圧変換手段の電圧出力端と前記負荷とを接続する配線のインダクタンス、前記出力コンデンサの容量及び前記負荷側コンデンサの容量によるカットオフ周波数と、前記出力コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数と、前記負荷側コンデンサの容量及びその等価直列抵抗分によるカットオフ周波数との区間において、前記電圧変換手段を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件を満たすとき、前記フィードバック制御手段に前記電圧制御手段の位相の１次遅れに対する１次進みを持たせて総合ループの位相マージンを45°以上になるようにする。これにより、負荷の過渡的な変動に対して高速な応答が可能となり、かつ電圧の安定度が向上し、高精度が要求される低電圧の電源として利用可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、リモートセンス方式を採用する場合でも、高精度な電圧供給と高速応答とを同時に実現可能な電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明が適用されるリモートセンス方式を有する電源装置の構成を示す回路図である。図１において、１はカレントモード制御方式または電流不連続モード等の１次遅れを有するＤＣ−ＤＣコンバータであり、このＤＣ−ＤＣコンバータ１は、詳細は省略するが、入力電源１００から供給される直流電圧Vinを入力し、出力端を出力コンデンサ（Co）２と等価直列抵抗成分（ESRo）３との直列回路を介してアースに接続する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力は配線インダクタンス成分（Ll）４を通して負荷（Rl）２００に接続される。負荷２００には、コンデンサ（Cl）５と等価直列抵抗成分（ESRl）６との直列回路が並列に接続される。
【００１１】
負荷２００の電圧供給端は、フィードバック制御のため、コンデンサC2，C3及び抵抗R1，R2，R3による位相報償回路を備えた演算増幅器７の一方の入力端に接続される。位相補償回路は、上記コンデンサC2，C3及び抵抗R1，R2，R3によって２つの１次進み、１つの１次遅れ、及び１つの積分を行う。演算増幅器７のもう一方の入力端には基準電圧源８が接続される。演算増幅器７の出力は、制御信号としてＤＣ−ＤＣコンバータ１の制御入力端に供給される。
【００１２】
上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、詳細は省略するが、制御入力部にＰＷＭ（パルス幅変調）回路またはＰＦＭ（パルス周波数変調）回路またはフェーズシフト変調回路を備え、上記演算増幅器７から供給される制御信号に応じてパルス幅変調またはパルス周波数変調またはフェーズシフト変調を行って出力電圧を安定化する。
【００１３】
尚、演算増幅器７は、その回路構成として上記１次遅れ、１次進み回路以上の補償回路を備えていてもかまわない。また、高精度である必要がないならば、積分機能は省略してもかまわない。また、基準電圧源８は必ずしも定電圧源である必要はない。また、演算増幅器７の入力部には、出力電圧を分圧するための分圧抵抗を挿入してもかまわない。また、演算増幅器７はアナログ回路である必要はなく、増幅、積分、１次遅れ、１次進み回路を有してさえいれば、ディジタル処理回路で同様の機能を実現するようにしてもよい。
【００１４】
上記構成において、以下にその作用を説明する。
【００１５】
１次遅れを有するＤＣ／ＤＣコンバータ１から負荷２００までの伝達関数Gc(s)は、概略下式で表される。  
【数１】
2007336748.tif 000003
【００１６】
ここで、GoはＤＣ／ＤＣコンバータ１の直流ゲイン、CoはＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２の容量、ESRoは出力コンデンサ２の等価直列抵抗、Clは負荷側コンデンサ５の容量、ESRlは負荷側コンデンサ５の等価直列抵抗、Llは配線インダクタンス、Rlは負荷２００の抵抗である。尚、配線インダクタンスの抵抗成分は、通常、コンデンサの等価直列抵抗に比べて十分小さいため、無視する。
【００１７】
（１）式をｓ＝ｊωとして、周波数について解くと、  
【数２】
2007336748.tif 000004
となる。ただし、  
【数３】
2007336748.tif 000005
である。ここで、ω1は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１における出力コンデンサ２の容量Coと出力コンデンサ２の等価直列抵抗ESRoとの角周波数で、１次進みである。ω2は、負荷側コンデンサ５の容量Clと負荷側コンデンサ５の等価直列抵抗ESRlとの角周波数で、１次進みである。ω3は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２の容量Coと負荷側コンデンサ５の容量Clと負荷２００の抵抗Rlとの角周波数で、１次遅れである。ω4は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２の容量Coと負荷側コンデンサ５のClと配線インダクタンスLlとの角周波数で、２次遅れである。ζは定数である。
【００１８】
通常の回路構成では、ω3＜ω4＜ω1,ω2となり、ω4〜ω1,ω2の周波数帯域での位相遅れが-225°以下であれば、演算増幅器７の進み補償により位相が+90°進められる。その結果、総合ループの位相マージンは  
【数４】
2007336748.tif 000006
より、45°以上にすることができる。
【００１９】
また、ＤＣゲインは高いほど高精度な電源が実現できるため、角周波数がω3以下の周波数帯域では積分特性が望ましい。以上より、演算増幅器７をアナログ回路で構成する場合は、図１の回路により構成することができる。この場合の伝達関数Ga(s)は下式で表される。  
【数５】
2007336748.tif 000007
【００２０】
ここで、（３）〜（６）式、（９）式より  
【数１０】
2007336748.tif 000008
とすれば、位相遅れは全帯域に渡って発生せず、これによって電源供給の高安定化と高速応答を同時に満足させることが可能となる。
【００２１】
したがって、上記構成によれば、配線のインダクタンス４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２と負荷２００側に並列接続されるコンデンサ５によるカットオフ周波数と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２、および、出力コンデンサ２の等価直列抵抗分３によるカットオフ周波数と、負荷２００側に並列接続されるコンデンサ５、および、コンデンサ５の等価直列抵抗分６によるカットオフ周波数との期間において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を含めた位相遅れの合計値が-225°以下の条件にあるとき、配線のインダクタンス４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２と負荷２００側に並列接続されるコンデンサ５によるカットオフ周波数と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力コンデンサ２、および、出力コンデンサ２の等価直列抵抗分３によるカットオフ周波数と、負荷２００側に並列接続されるコンデンサ５、および、コンデンサ５の等価直列抵抗分６によるカットオフ周波数との区間で演算増幅器７により進み補償を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のカットオフ周波数以下で演算増幅器７により積分を行うようにしているので、高精度で、かつ高速応答可能な電源装置を実現することができる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電源装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２４】
１…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１００…入力電源、２…出力コンデンサ（Co）、３…等価直列抵抗成分（ESRo）、４…配線インダクタンス成分（Ll）、２００…負荷（Rl）、５…コンデンサ（Cl）、６…等価直列抵抗成分（ESRl）、７…演算増幅器。
【図１】
2007336748.tif 000009