(57)【要約】      （修正有）【課題】電流の逆流を防ぎつつ、損失を抑制することができる電源制御装置を提供する。【解決手段】第１スイッチング素子を有し、第１スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源から入力される電力を変換して出力する電力変換部３と、一次巻線４１及び二次巻線４２を有し、一次巻線４１が電力変換部３の出力に電気的に接続されているトランス４と、整流用の第２スイッチング素子を有し、二次巻線４２に電気的に接続され、第１スイッチングのスイッチングと同期して第２スイッチング素子をスイッチング動作して電流を整流する同期整流部５と、同期整流部５の出力に電気的に接続されている平滑回路６と、平滑回路６から同期整流部５の出力の方向への、電流の逆流を検出する電流センサ２１と、第１のスイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部１０とを備える。【選択図】図１
2013176218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチング素子を有し、前記第１スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源から入力される電力を変換して出力する電力変換部と、
一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線が前記電力変換部の出力に電気的に接続されているトランスと、
整流用の第２スイッチング素子を有し、前記二次巻線に電気的に接続され、前記第１スイッチングのスイッチングと同期して前記第２スイッチング素子をスイッチング動作して電流を整流する同期整流部と、
前記同期整流部の出力に電気的に接続されている平滑回路と、
前記平滑回路から前記同期整流部の出力の方向への、電流の逆流を検出する検出部と、
前記第１のスイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記平滑回路の電流が不連続状態である場合において、前記検出部により検出される前記逆流の期間に前記第２スイッチング手段をオフにし、かつ、前記検出部により検出される前記逆流のタイミングから前記第２スイッチング手段をオンにするタイミングを設定する
ことを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１スイッチング素子のデューティ比、及び、前記逆流の時点を示す時間から、第２スイッチング手段をオンにする遅れ時間を設定し、
前記第１スイッチングのオン時間又はオフ時間から前記遅れ時間分、遅らせた時点を、前記第２スイッチング手段をオンにするタイミングに設定する
ことを特徴とする
請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１スイッチングのオン時間又はオフ時間から遅れ時間分、遅らせた時点を、前記第２スイッチング手段をオンにするタイミングに設定し、
Ｔａ＝Ｄ／（１−Ｄ）×Ｔｂ  を満たしている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源制御装置。
ただし、Ｔａは前記遅れ時間を示し、Ｔｂは前記逆流の時点から前記第１スイッチング素子のオン時間またはオフ時間の経過時点までの時間を示し、Ｄは前記第１スイッチング素子のデューティ比を示す。
【請求項４】
前記同期整流部は、
前記第２スイッチング素子の寄生ダイオード、又は、前記第２スイッチング素子と並列に接続されるダイオードを、前記逆流の電流の向きに対して逆方向に接続する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記平滑回路はチョークコイルを有し、
前記検出部は前記チョークコイルに流れる電流を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記二次巻線は複数のコイルを有し、
前記同期制御部は、
前記複数のコイルに、複数の前記第２スイッチング素子を直列にそれぞれ接続し、
前記検出部は前記複数の第２スイッチング素子の両端電圧を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記検出部は前記一次巻線に流れる電流を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記電力変換部は、
前記直流電源の両端に接続される一対の電源線の間に、複数の前記第１スイッチング素子をブリッジ回路で接続し、
前記一対の電源線のうち一方の電源線と前記ブリッジ回路との間に抵抗を接続し、
前記検出部は、前記抵抗に流れる電流を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記直流電源から前記電力変換部に入力される入力電流を検出し、
前記制御部は、
前記入力電流と、前記第１スイッチング素子のデューティ比及び前記逆流のタイミングとの関係を示すマップを格納し、
前記検出部により検出される前記入力電流から前記マップに参照して前記逆流の時点を特定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライバックコンバ−タ回路，フォワードコンバ−タ回路等を基本回路とするスイッチング電源装置のパルストランスの二次巻線側に接続されて出力電流を整流する同期整流用パワ−ＭＯＳＦＥＴの制御装置であって、ゲ−ト駆動信号により順方向電流および逆方向電流の制御が可能な前記同期整流用パワ−ＭＯＳＦＥＴのソ−ス・ドレイン間に流れる電流の方向の変化を監視し、逆方向電流が流れる期間同期整流用パワ−ＭＯＳＦＥＴのゲ−トに供給する駆動信号を停止する逆流防止手段を備えてなる同期整流用パワ−ＭＯＳＦＥＴの制御装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７９２８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、上記の従来技術では軽負荷時において、逆方向に電流が流れることを防ぐよう同期整流制御を行わないため、損失が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、軽負荷時において、電流の逆流を防ぎつつ、損失を抑制することができる電源制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、平滑回路の電流が不連続状態である場合において、検出部により検出される逆流の期間に第２スイッチング手段をオフにし、かつ、検出部により検出される逆流のタイミングから第２スイッチング手段をオンにするタイミングを設定することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、平滑回路の電流が不連続状態になった場合に、電流の逆流の期間では逆流の電流が遮断され、電流を整流させる期間では第２スイッチング手段の損失を低くした状態で電流を整流するので、軽負荷において損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図２】連続状態における、図１のスイッチング素子のスイッチング波形、チョーク電流の時間特性、及び、トランス電流の時間特性を示すグラフである。
【図３】不連続状態における、図１のスイッチング素子のスイッチング波形、チョーク電流の時間特性、及び、トランス電流の時間特性を示すグラフである。
【図４】不連続状態における、チョーク電流の時間特性、同期整流部のスイッチング素子のスイッチング波形、及び、クロックの時間特性を示すグラフである。
【図５】図１の電源制御装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。  
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例の電源制御装置は、例えば車両に搭載されるバッテリと車両の負荷との間で電力を供給するために用いられるが、必ずしも車両に限らず、車両以外の他の装置に適用してもよい。
【００１１】
本例の電源制御装置１００は、平滑用のコンデンサ２と、電力変換回路３と、トランス４と、整流回路部５と、平滑回路６と、電流センサ２１と、制御部１０とを備えている。電源制御装置１００は、電源１と、電源１の電力により動作する負荷８との間に接続されている。電源制御装置１００は、高圧のバッテリの電圧を降圧して、低圧の負荷、又は、低圧のバッテリに出力するための装置である。
【００１２】
電源１は、高圧のバッテリであり、複数の電池を直列に接続することで構成されている。電源１の両端には、一対の電源線７ａ、７ｂが接続されている。電源線７ａは電源１の正極側に、電源線７ｂは電源１の負極側に接続されている。コンデンサ２は、電源線７ａ、７ｂの間で、電源１に対して並列に接続され、電源１から供給される直流電力を平滑化するために設けられている。
【００１３】
電力変換部３は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有し、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ状に接続したブリッジ回路により形成されている。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の直列回路、及び、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の直列回路は、それぞれ電源線７ａと電源線７ｂとの間に７ｂに接続されており、互いに並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのパワースイッチングモジュールである。
【００１４】
スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のドレイン端子が電源線７ａにそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のソース端子がスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のドレイン端子にそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のソース端子が電源線７ｂにそれぞれ接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点、及びスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点がトランス４に接続されている。
【００１５】
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子には、制御部１０の制御に基づく駆動信号（ＰＳ１〜ＰＳ４）がそれぞれ入力され、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はオン及びオフを切り換える。電力変換回路３はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を高周波でスイッチングすることで、電源１から入力される直流電力を交流電力に変換して、トランス４の一次巻線４１に、交流電力を供給する。
【００１６】
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ドレイン端子からソース端子の向きに対して逆方向に、寄生ダイオード（ボディーダイオード）を有している。なお、本例は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対して逆並列になるように、ダイオードを別途接続してもよい。
【００１７】
トランス４は、一次側に一次巻線４１と二次側に二次巻線４２を有している。一次巻線４１は、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４の接続点との間に接続されている。また二次巻線４２は、二つの巻線４２ａと巻線４２ｂを有している。
【００１８】
同期整流部５は、三端子整流素子である、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂを有している。同期整流部５は、電力変換部３のスイッチング周期と同期して、スイッチングＱａ、Ｑｂをスイッチングさせることで、電源制御装置１００の二次側の回路を流れる電流を整流するための整流回路である。スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂは、パワースイッチング素子であり、ＦＥＴ等のトランジスタを用いる。またスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂは双方向に導通可能なスイッチング素子である。
【００１９】
スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン端子は、巻線４２ａ、４２ｂにそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの各ソース端子同士が接続されている。言い換えると、巻線４２ａとスイッチング素子Ｑａの直列回路と、巻線４２ｂとスイッチング素子Ｑｂの直列回路が、並列に接続されている。そして、巻線４２ａ、４２ｂの接続点が高電位側の配線に接続され、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂの接続点が低電位側の配線に接続されている。
【００２０】
各スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのゲート端子には、制御部１０の制御に基づく駆動信号（ＳＳａ、ＳＳｂ）がそれぞれ入力され、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂはオン及びオフを切り換える。
【００２１】
そして、同期整流部５から後述する平滑回路６の方向へ電流（順方向電流）が流れる時には、スイッチング素子Ｑａ又はスイッチング素子Ｑｂをオンにすることで電流が整流される。また、スイッチング素子Ｑａ又はスイッチング素子Ｑｂの寄生ダイオードは、この順方向の電流を整流させる向きに設けられている。なお、本例は、各スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂに対して整流用のダイオードを別途、並列接続してもよい。
【００２２】
平滑回路６は、チョークコイル６１及びコンデンサ６２を有しており、同期整流部５の出力に接続されている。また平滑回路６の出力側には負荷８が接続されている。平滑回路６は、同期整流部５からの出力電力を整流し、負荷８に供給する回路である。チョークコイル６１及びコンデンサ６２の接続点が、高電位側の負荷８に接続され、チョークコイル６１の両端のうち当該接続点ではない一端は、巻線４２ａ、４２ｂに接続され、コンデンサ６２のうち当該接続点ではない一端は低電位側の負荷８に接続されている。負荷８は、低圧バッテリやエアコンなどの負荷である。
【００２３】
電流センサ２１は、巻線４２ａ、４２ｂの接続点と、チョークコイル６１との間に接続され、チョークコイル２１の電流を検出するためのセンサである。電流センサ２１の検出値（ｉＬ）は制御部１０に送信される。また、電流センサ２１は、検出電流がゼロアンペア以下であるか否かで、平滑回路６から同期整流部６の出力の方向へ、電流の逆流が発生するか否かを検出する。なお、電流の逆流については、後述する。
【００２４】
制御部１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのスイッチング動作を制御するためのコントローラである。制御部１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン及びオフをパルス状に切り換える位相シフト制御のための駆動信号を、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子に送信する。そして、制御部１０は、負荷８に要求される電力に応じて、駆動信号のパルス幅を設定することで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン及びオフの切り替えのタイミングを制御する。
【００２５】
制御部１０は、電力変換部３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周期と同期させて、同期制御部５のスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのスイッチング動作を制御することで、二次側の回路に流れる電流を整流する。また制御部１０は、電流センサ２１の検出電流に応じて、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオフにし、また当該検出電流に応じてスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにするタイミングを設定する。
【００２６】
次に、電源制御装置１００の制御について、説明する。本例の電源制御装置１００は、小型化及び高効率化（低損失）を図るために、同期整流方式で電源１の直流電力を降圧させているが、負荷８への電力要求が軽負荷の時には、チョークコイル６１に電流が連続して流れず、平滑回路６の電流が不連続状態になる。一方、負荷８への電力要求が軽負荷でない時には、チョークコイル６１には順方向（同期整流部５の出力から平滑回路６に向かう方向）の電流が連続して流れ、平滑回路６の電流は連続状態となる。
【００２７】
まず連続状態における制御部１０の制御について、図２を用いて説明する。図２は、連続状態における、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのスイッチング波形と、チョーク電流（ｉＬ）及びトランス電流（ｉＴ）の時間特性を示すグラフである。なお、図２の横軸は時間である。
【００２８】
制御部１０は、電流センサ２１の検出電流から、連続状態であるか、不連続状態であるかを判断しており、電流センサ２１の検出電流が０Ａ（アンペア）より大きい場合に連続状態である、と判断する。連続状態の場合には、制御部１０は、負荷８に要求される電力に応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン、オフ時間を設定する。また制御部１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周期と、スイッチングＱａ、Ｑｂのスイッチング周期とを同じ周期にし、また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間と、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのオン時間を同じ時間とする。図２の例では、スイッチング素子Ｑａのスイッチングのタイミングは、スイッチング素子Ｑ３のスイッチングのタイミングと同じであり、スイッチング素子Ｑｂのスイッチングのタイミングは、スイッチング素子Ｑ４のスイッチングのタイミングと同じである。これにより、連続状態の期間において、スイッチング素子Ｑａ及びＱｂは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同期して、スイッチング動作を行う。
【００２９】
図２に示すように、負荷８へ要求される電力が軽負荷でない時には、チョークコイル６１を流れるチョーク電流（ｉＬ）は、ゼロアンペアより高い電流値で、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に合わせて変化する。そのため、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同期してスイッチング動作することで、同期整流を行うことができる。
【００３０】
次に、図３を用いて、不連続状態における制御部１０の制御について説明する。図３は、不連続状態における、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及びスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのスイッチング波形と、チョーク電流（ｉＬ）及びトランス電流（ｉＴ）の時間特性を示すグラフである。なお、図３の横軸は時間である。
【００３１】
制御部１０は、電流センサ２１の検出電流が０Ａ（アンペア）以下である場合に不連続状態であり、平滑回路６から同期整流部５への、電流の逆流が発生する、と判断する。不連続状態では、制御部１０は、負荷８に要求される電力に応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン、オフ時間を設定する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御については、連続状態における制御と同じである。一方、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂの制御については、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのスイッチング周期は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の周期と同じ周期であって同期がとれているが、制御部１０は、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのオン時間またはオフ時間を、電流センサ２１の検出電流に応じて設定している。
【００３２】
ここで、図３を用いて、不連続状態における、チョーク電流について説明する。  
【００３３】
図３に示すように、負荷８へ要求される電力が軽負荷である時には、電源１から出力される電流（ｉｏ）が小さくなり、１次側からトランス４に流れる電流も低くなるため、チョーク電流（ｉＬ）は、ゼロアンペアを境に上下しつつ、変化する。チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペアより高い時には、電流は、同期整流部５の出力から平滑回路６に向かって流れる。一方、チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペアより低い時には、電流は、平滑回路６から同期整流部５の出力側に向かって流れることになり、平滑回路６の電流の逆流が発生する。
【００３４】
仮に、平滑回路６の電流の逆流が生じる状態で、スイッチング素子Ｑａ又はＱｂをオンにした場合には、逆流電流が二次巻線４２に流れてしまうため、電源制御装置１００の出力から入力に向けて、逆流することになってしまう。かかる状態を防ぐために、制御部１０は、電流センサ２１の検出電流がゼロアンペア以下になった場合に、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂを強制的にオフにする。これにより、平滑回路６から同期整流部５に流れ込む逆流の電流が遮断されるため、平滑回路６から同期整流部５の出力の方向への、電流の逆流を防ぐことができる。
【００３５】
図３に示すように、チョーク電流（ｉＬ）はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングの周期と同様に変化しており、チョーク電流（ｉＬ）の山及び谷のタイミングは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン及びオフの切り換えのタイミングと対応している。また、不連続状態においても、チョーク電流（ｉＬ）は、ゼロアンペア以下になった後、上昇し、ゼロアンペアより高くなる。
【００３６】
チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペアより高くなった場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂの寄生ダイオードの順方向に電流が流れ出す。この時、寄生ダイオードの整流作用で、電流を整流することも可能であるが、寄生ダイオードのみの整流では、順方向損失（順電力損失）により、効率が低下する。そのため、制御部１０は、不連続状態において、電流センサ２１の検出電流がゼロアンペアより高い場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをオンする。これにより、スイッチング素子Ｑａ又はＱｂのオン抵抗を下げた上で、同期整流を行うことができ、損失を低下させることができる。
【００３７】
次に、不連続状態において、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをターンオンさせる場合の遅れ時間（Ｔａ）について、図４を用いて、説明する。図４は、図３に示す、スイッチング素子Ｑａ及びＱｂのスイッチング波形の一部、チョーク電流の時間特性の一部、及び、クロックの特性を示すグラフである。なお、図４のクロックに示すＯＮは、スイッチング素子Ｑ３のオンに相当する。
【００３８】
上記の通り、チョーク電流（ｉＬ）の電流変化は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン及びオフの切り換えのタイミングと対応している。また、制御部１０はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周期と、チョーク電流（ｉＬ）の周期は、同じ周期となる。
【００３９】
図４に示すように、図４の時点ａから、チョーク電流（ｉＬ）の検出電流がゼロアンペアになるまでは、スイッチング素子Ｑａをオンにして、順方向の電流を整流しており、チョーク電流（ｉＬ）の検出電流がゼロアンペアになると（時点ｂ）、スイッチング素子Ｑａをターンオフにする。その後、チョーク電流（ｉＬ）は、クロックによるカウント開始時点（時点ｃ）で谷となり、上昇する。そして、チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペアを越えて、スイッチング素子Ｑｂがオンになる（時点ｄ）。ここで、クロックによるカウント開始時点の間隔は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間又はオフ時間と対応している。
【００４０】
すなわち、スイッチング素子Ｑｂは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のオン時間またはオフ時間に対して、遅れ時間（Ｔａ）分、遅れてオンになる。そして、この遅れ時間は、電流センサ２１が、電流の逆流を検出した時点で算出される。
【００４１】
チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペアになり、逆流する時点は、電流センサ２１の検出電流から特定されるため、制御部１０は、チョーク電流（ｉＬ）の周期において逆流の時点を特定している、ことになる。そして、チョーク電流（ｉＬ）の電流特性の傾きは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比（Ｄ）に応じて設定されている。なお、デューティ比（Ｄ）は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間及びオフ時間をＴ１及びＴ２とすると、Ｄ＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）で表される。
【００４２】
チョーク電流（ｉＬ）の正の傾き及び負の傾きは、それぞれデューティ比（Ｄ）を用いて表される。そして、逆流する時点から、スイッチング素子Ｑ３のオフ時間の経過時点（言い換えると、チョーク電流（ｉＬ）の特性が反転する時点）までの時間をＴｂとする。遅れ時間（Ｔａ）は式（１）で表される。
【数１】
2013176218.tif 000003
【００４３】
すなわち、制御部１０は、電流センサ２１の検出電流がゼロアンペア以下になったことを検出する、当該検出電流の検出時間から、時間（Ｔｂ）を特定し、負荷８の要求電力により設定されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比（Ｄ）を用いて、上記（１）の式で、遅れ時間（Ｔａ）を算出する。
【００４４】
そして、制御部１０は、クロックにより、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のオン時間またはオフ時間からをカウントした時点から、遅れ時間（Ｔａ）分、遅らせた時点で、スイッチング素子Ｑｂをオンにする。これにより、本例は、不連続状態において、電流センサ２１の検出電流がゼロアンペアより高い場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをオンにして、同期整流をしつつ、損失を抑制する。
【００４５】
次に、図５を用いて、本例の制御部１０の制御フローを説明する。図５は、本例の電源制御装置１００の制御手順を示すフローチャートである。なお、図５に示す制御手順は所定の周期で実行されている。
【００４６】
ステップＳ１にて、電流センサ２１は、チョークコイル６１のチョーク電流（ｉＬ）を検出する。ステップＳ２にて、制御部１０は、検出電流がゼロアンペア以下であるか否かを判定する。検出電流がゼロアンペアより高い場合には、ステップＳ５に遷る。
【００４７】
検出電流がゼロアンペア以下である場合には、ステップＳ３にて、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂを強制的にオフにする。ステップＳ４にて、制御部１０は、検出電流がゼロアンペア以下になった時点の検出時間と、クロックの周期、及び、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比（Ｄ）から遅延時間（Ｔａ）を算出し、遅延時間（Ｔａ）を設定する。
【００４８】
ステップＳ５により、クロック毎で、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂの強制オフを解除する。そして、ステップＳ６にて、制御部１０は、クロックによるカウント開始時点から、遅延時間（Ｔａ）の経過時に、スイッチング素子Ｑａ又はスイッチング素子Ｑｂをオンにし、本例の制御処理を終了する。
【００４９】
上記のように、本例は、電流センサ２１により、平滑回路６から同期整流部５の出力の方向への、電流の逆流を検出し、制御部１０により、平滑回路６の電流が不連続状態である場合において、電流センサ２１により検出される逆流の期間にスイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオフにし、かつ、電流センサ２１により検出される逆流のタイミングからスイッチング素子Ｑａ又はスイッチング素子Ｑｂをオンにするタイミングを設定する。これにより、本例は、不連続状態において、電流の逆流の期間は、当該逆流を阻止しつつ、順方向に電流が流れている期間は、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにして、整流時の損失を抑制することができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００５０】
また本例は、制御部１０により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比（Ｄ）、チョーク電流（ｉＬ）がゼロアンペア以下となる、逆流の時点を示す時間から、遅れ時間（Ｔａ）を設定し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間またはオフ時間から遅れ時間（Ｔａ）分、遅らせた時間を、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにするタイミングに設定する。これにより、不連続状態において、逆流が発生しない期間と対応させて、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにすることができるため、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの同期整流時の損失を抑制することができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００５１】
また本例において、制御部１０は、逆流の時点からスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオフ時間の経過までの時間（Ｔｂ）及びスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比（Ｄ）から、式（１）を用いて、遅れ時間（Ｔａ）を算出して、スイッチング素子Ｑａ又はスイッチング素子Ｑｂをオンにするタイミングを設定する。これにより、不連続状態において、逆流が発生しない期間と対応させて、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにすることができるため、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの同期整流時の損失を抑制することができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００５２】
また本例は、電流の逆流を検出するために、チョーク電流を検出する電流センサ２１を用いている。これにより、電流の逆流の時点を正確に把握しつつ、不連続状態を特定することができ、また、不連続状態における同期整流を行うことができる。
【００５３】
なお、本例において、チョーク電流がゼロアンペア以下になった時点を、逆流の時点と判定したが、判定のための閾値は必ずしもゼロアンペアにする必要はなく、例えば、電流センサ２１の検出遅れを考慮して、閾値を調整してもよい。
【００５４】
上記のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が本発明の「第１スイッチング素子」に相当し、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂが本発明の「第２スイッチング素子」に相当し、電流センサ２１が本発明の「検出部」に相当する。
【００５５】
《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、チョーク電流を検出する代わりに、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの両端電圧（ｖｑａ、ｖｑｂ）を検出する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
【００５６】
本例の電源制御装置１００の同期整流部５には、スイッチング素子Ｑａの両端電圧（ｖｑａ）を検出するための電圧センサ２２ａ、及び、スイッチング素子Ｑｂの両端電圧（ｖｑｂ）を検出するための電圧センサ２２ｂが設けられている。両端電圧（ｖｑａ、ｖｑｂ）は、図６に示すように、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン−ソース間を検出する電圧センサ２２ａ、２２ｂにより検出してもよく、または、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン端子又はソース端子に電流センサを検出し、検出電流から検出してもよい。
【００５７】
制御部１０は、電圧センサ２２ａ、２２ｂの検出電圧から、平滑回路６から同期整流部５への、電流の逆流が発生するか否かを、判断する。スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧より高い場合には、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂをオンにすると、平滑回路６から同期整流部５へ逆流電流が流れ出す。
【００５８】
そのため、制御部１０は、電圧センサ２２ａ、２２ｂの検出電圧により、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧より高い場合には、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオフにする。これにより、逆流の期間において、電流の逆流を防ぐ。
【００５９】
一方、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧より低い場合には、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの順方向に電流が流れる。そのため、制御部１０は、電圧センサ２２ａ、２２ｂの検出電圧により、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧より低い場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをオンにする。これにより、不連続状態であっても、同期整流を行い、損失を低下させる。
【００６０】
上記のように、本例は、電流の逆流を検出するために、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの両端電圧を検出する電圧センサ２２ａ、２２ｂを用いている。これにより、電流の逆流の時点を正確に把握しつつ、不連続状態を特定することができ、また、不連続状態における同期整流を行うことができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００６１】
上記の電圧センサ２２ａ、２２ｂが本発明の「検出部」に相当する。
【００６２】
《第３実施形態》
図７は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、チョーク電流を検出する代わりに、トランス４の一次巻線４１のトランス電流（ｉＴ１）を検出する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。
【００６３】
本例の電源制御装置１００のトランス４には、一次巻線４１のトランス電流（ｉＴ１）を検出するための電流センサ２３が、一次巻線４１とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４との接続点との間に接続されている。
【００６４】
制御部１０は、電流センサ２３の検出電圧から、平滑回路６から同期整流部５への、電流の逆流が発生するか否かを、判断する。図２に示すように、軽負荷でない時には、トランス４のトランス電流は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に対応して、連続的に変化している。一方、図３に示すように、軽負荷の時には、トランス４のトランス電流は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に対して、不連続に変化しており、一定の期間、ゼロアンペアになっている。
【００６５】
制御部１０は、電流センサ２３の検出電流から、トランス電流（ｉＴ１）が連続して変化しているか否かを、判断する。トランス電流が連続しているか否かは、例えば、電流センサ２３のサンプリング周期の前後の検出電圧が、共にゼロアンペアになった場合に、トランス電流が不連続である、と判断すればよい。
【００６６】
トランス電流（ｉＴ１）が不連続で、ゼロアンペアになっている（トランス電流（ｉＴ１）が流れていない）場合には、チョーク電流が逆流することになる。そのため、制御部１０は、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオフにする。これにより、逆流の期間において、電流の逆流を防ぐ。
【００６７】
一方、軽負荷の時で、トランス電流（ｉＴ１）が連続して流れている期間では、チョーク電流は順方向に流れ、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの順方向に電流が流れる。そのため、制御部１０は、電流センサ２３の検出電流により、トランス電流（ｉＴ１）が連続して流れている場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをオンにする。これにより、不連続状態であっても、同期整流を行い、損失を低下させる。
【００６８】
上記のように、本例は、電流の逆流を検出するために、一次巻線４１のトランス電流（ｉＴ１）を検出する電流センサ２３を用いている。これにより、電流の逆流の時点を正確に把握しつつ、不連続状態を特定することができ、また、不連続状態における同期整流を行うことができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００６９】
上記の電流センサ２３が本発明の「検出部」に相当する。
【００７０】
《第４実施形態》
図８は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、チョーク電流を検出する代わりに、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４の電流を検出する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。
【００７１】
本例の電源制御装置１００の電力変換部３には、スイッチング素子Ｑ２のソース電流（ｖｐ２）を検出するために、抵抗２４及び電流センサ２６が、スイッチング素子Ｑ２のソース端子と電源線７ｂとの間に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ４のソース電流（ｖｐ４）を検出するために、抵抗２５及び電流センサ２７が、スイッチング素子Ｑ４のソース端子と電源線７ｂとの間に接続されている。
【００７２】
制御部１０は、電流センサ２６、２７の検出電流から、平滑回路６から同期整流部５への、電流の逆流が発生するか否かを、判断する。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４の電流（ｖｐ２、ｖｐ４）は、第３実施形態のトランス電流（ｉＴ１）と対応しており、電流センサ２６、２７の検出電流から、トランス電流に不連続の期間があるか否かを判断することで、電流の逆流を検出する。
【００７３】
すなわち、図２に示すように、軽負荷でない時には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のオン時間では、トランス電流が連続して流れているため、電流センサ２６、２７の検出電流は連続した値を示す。一方、図３に示すように、軽負荷の時には、トランス４のトランス電流は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のオン時間において、トランス電流が不連続になり、ゼロになる期間があるため、電流センサ２６、２７の検出電流は、当該期間でゼロアンペアを示す。
【００７４】
制御部１０は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のオン時間に対して、電流センサ２６、２７の検出電流から、電流（ｖｐ２、ｖｐ４）が連続して変化しているか否かを、判断する。電流（ｖｐ２、ｖｐ４）が不連続で、ゼロアンペアになっている（電流（ｖｐ２、ｖｐ４）が流れていない）場合には、チョーク電流が逆流することになる。そのため、制御部１０は、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオフにする。これにより、逆流の期間において、電流の逆流を防ぐ。
【００７５】
一方、軽負荷の時で、電流（ｖｐ２、ｖｐ４）が連続して流れている期間では、チョーク電流は順方向に流れ、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの順方向に電流が流れる。そのため、制御部１０は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のオン時間に対して、電流センサ２６、２７の検出電流により、電流（ｖｐ２、ｖｐ４）が連続して流れている場合には、スイッチング素子Ｑａまたはスイッチング素子Ｑｂをオンにする。これにより、不連続状態であっても、同期整流を行い、損失を低下させる。
【００７６】
上記のように、本例は、電流の逆流を検出するために、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４に抵抗を接続し、当該抵抗に流れる電流を検出する電流センサ２６、２７を用いている。これにより、電流の逆流の時点を正確に把握しつつ、不連続状態を特定することができ、また、不連続状態における同期整流を行うことができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００７７】
上記の電流センサ２６、２７が本発明の「検出部」に相当する。
【００７８】
《第５実施形態》
図９は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、チョーク電流を検出する代わりに、電源１から電力変換部３に入力される入力電流（ｉ１）を検出する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第４実施形態の記載を適宜、援用する。
【００７９】
本例の電源制御装置１００は、電源１から電力変換部３に入力される電流を検出するための電流センサ２８を備えている。電流センサ２８は、電源１と電力変換部３との間で、電源線７ａに接続されている。
【００８０】
制御部１０には、負荷８への入力電流に対して、電源１の出力電流とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比とを対応づけるマップが格納されている。電源１の出力電流に対して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比をどの値に設定すれば、電源制御装置１００から負荷へ、どのぐらいの電流を供給できるか、予め設定されている。そして、負荷８が軽負荷の時には、不連続状態になることは分かっている。負荷８への入力電流（負荷８の要求電力）が下がれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比が小さくなり、電流の逆流が生じる期間が発生する。デューティ比がさらに小さくなれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の周期に対して、電流の逆流が生じる期間も長くなる。
【００８１】
ゆえに、デューティ比に対して、スイッチング周期における、逆流の時点を示す時間を、予めマップとして格納しておけば、電源１から電力変換部３に入力される電流から、逆流のタイミングを特定することができる。
【００８２】
本例において、制御部１０は、電源１から電力変換部３への入力電流（ｉ１）に対して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比及びスイッチング周期における逆流の時点を示す時間を、マップとして予め格納している。
【００８３】
そして、制御部１０は、電流センサ２８の検出電流から、マップを参照して、逆流が発生する場合には、逆流の時点で、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオフにする。これにより、逆流の期間において、電流の逆流を防ぐ。
【００８４】
一方、制御部１０は、電流センサ２８の検出電流から、マップを参照して、逆流が発生しない場合には、スイッチング素子Ｑａ及びスイッチング素子Ｑｂをオンにして、同期整流を行う。これにより、軽負荷の時にも、同期整流を行い、損失を低下させる。
【００８５】
ＣＬ９
上記のように、本例において、制御部１０は、電源１から電力変換部３に入力される電流と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のデューティ比及び逆流のタイミングとの関係を示すマップを格納し、電流センサ２８の検出電流から当該マップを参照して、逆流の時点を特定する。これにより、電流の逆流の時点を正確に把握しつつ、不連続状態を特定することができ、また、不連続状態における同期整流を行うことができる。その結果として、軽負荷時において、電流が逆流することなく、同期整流を行うことができ、効率をよくすることができる。
【００８６】
上記の電流センサ２８が本発明の「検出部」に相当する。
【符号の説明】
【００８７】
１００…電源制御装置
１…電源
２…コンデンサ
３…電力変換部
Ｑ１〜Ｑ４…スイッチング素子
４…トランス
４１…一次巻線
４２…二次巻線
４２ａ、４２ｂ…巻線
５…同期整流部
Ｑａ、Ｑｂ…スイッチング素子
６…平滑回路
６１…チョークコイル
６２…コンデンサ
７ａ、７ｂ…電源線
８…負荷
２１、２３、２６〜２８…電流センサ
２２ａ、２２ｂ…電圧センサ
２４、２５…抵抗
【図１】
2013176218.tif 000004
【図２】
2013176218.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013176218.tif 000007
【図５】
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【図６】
2013176218.tif 000009
【図７】
2013176218.tif 000010
【図８】
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【図９】
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