(57)【要約】  本発明は直流電源及びその動作方法を提供し、電子回路分野に係っていて、電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することができる。当該直流電源は、コントローラーと少なくとも二つのスイッチング電源部とを含み、上記少なくとも二つのスイッチング電源部の出力端は互いに接続され、上記コントローラーは各スイッチング電源部にそれぞれ接続され、上記少なくとも二つのスイッチング電源部は第１の出力インダクタンスを有する高速スイッチング電源部と第２の出力インダクタンスを有する高効率スイッチング電源部とを含み、上記第１の出力インダクタンスは上記第２の出力インダクタンスより小さい。上記コントローラーは、出力電流の変化率に基づいて、上記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、上記出力電流の変化率の絶対値が上記所定値以下である時、高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、上記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御する。
2016534690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラーと少なくとも二つのスイッチング電源部とを含み、前記少なくとも二つのスイッチング電源部の出力端は互いに接続され、前記コントローラーは各前記スイッチング電源部にそれぞれ接続され、前記少なくとも二つのスイッチング電源部は、第１の出力インダクタンスを有する高速スイッチング電源部と、前記第１の出力インダクタンスより大きい第２の出力インダクタンスを有する高効率スイッチング電源部と、を含み、
前記少なくとも二つのスイッチング電源部は前記コントローラーの制御によって共同に外部に出力電圧を提供するように構成され、前記コントローラーは出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供すうように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御する直流電源。
【請求項２】
各前記スイッチング電源部は、一端は電気接続スイッチを介して入力電源に接続され、且つ接地スイッチを介して接地し、他端は出力容量に接続される出力インダクタンスを含み、
前記コントローラーは、具体的に、
前記出力電流の変化率を検出するように構成される検出ユニットと、
前記検出ユニットにより検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御し、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御するように構成される制御ユニットと、を含む請求項１に記載の電源。
【請求項３】
前記制御ユニットは、更に、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率が正であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオンし、接地スイッチをオフし、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率が負であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオフし、接地スイッチをオンし、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より小さい時、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを全てオフするように構成される請求項２に記載の電源。
【請求項４】
前記パルス幅変調は、固定オン時間変調又はヒステリシス変調を含む請求項２に記載の電源。
【請求項５】
前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数より大きい請求項１に記載の電源。
【請求項６】
前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数の２倍より大きい請求項５に記載の電源。
【請求項７】
前記高速スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値が、前記高効率スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／２より小さい請求項１に記載の電源。
【請求項８】
前記高速スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値が、前記高効率スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／１０である請求項７に記載の電源。
【請求項９】
請求項１乃至８の中のいずれかに記載の直流電源の動作方法であって、
前記出力電流の変化率を検出することと、
前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御することと、を含む直流電源の動作方法。
【請求項１０】
前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御することが、
前記検出ユニットにより検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御し、前記検出ユニットにより検出された電流変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御すること、を含み、
各前記スイッチング電源部の出力インダクタンスの一端は電気接続スイッチを介して入力電源に接続され、且つ接地スイッチを介して接地し、他端は出力容量に接続される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力電流の変化率が正であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオンし、接地スイッチをオフし、前記出力電流の変化率が負であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオフし、接地スイッチをオンし、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より小さい時、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを全てオフすること、を更に含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路技術分野に関し、特に、直流電源及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源は、効率が高く、体積が小さいメリットを有することで、電子機器の給電電源のメイン位置にいて、特に、大パワーの応用で最も顕著である。しかし、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ：中央処理装置）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ：フィールドプログラマブルゲートアレイ）等の電子機器が高速に取り替えられることによって、それに給電する電源の電圧はますます低くなっていて、電流は大きくなって、電流の動的変化率は高くなることが求められる。インテル会社（Ｉｎｔｅｌ）の最新のＣＰＵの動的な電流変化率は、更に１００Ａ／ｕｓを超えていて、これにより、スイッチング電源の応用に新しい挑戦を提示した。
【０００３】
伝統的な降圧型スイッチング電源の場合、ローパスフィルタを用いて高圧のスイッチング電圧源信号を安定的な低圧電源にろ過し出力させる。当該ローパスフィルタは通常、受動性のパワーインダクタと容量から構成され、パワーインダクタの大きさによってスイッチング電源の出力電流の変化率が決められる。小さいインダクタンス値がスイッチング電源の電流応答速度を向上させることができるが、大きい脈動電流をもたらして、スイッチやインダクタの損失を増加し、電源の効率を低下させる。大きいインダクタンス値は、電源の効率を向上させることができるが、スイッチング電源の電流応答速度を低下させる。
【０００４】
現在の主な解決案は、大量の出力容量によって動的電流を引き受けて、インダクタ電流に対する高速応答の要求を低下することであるが、そうなると、電源体積が大きくなって、信頼性を低減させることになる。そして、スイッチング電源と線形電源を並列させる解決案もあって、スイッチング電源は低帯域幅で動作し、線形電源は高帯域幅で動作するので、電流変化率が大きい時、線形電源により主要の電流を提供することで電源全体の動的応答速度を向上させる。しかし、線形調整装置自体の効率が低く、安定的な状態でも静的動作を保持しなければならないので、電源の効率に影響を与えることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施例は、少なくとも電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することのできる直流電源及びその動作方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例の一態様によると、コントローラーと少なくとも二つのスイッチング電源部とを含み、前記少なくとも二つのスイッチング電源部の出力端は互いに接続され、前記コントローラーは各前記スイッチング電源部にそれぞれ接続され、前記少なくとも二つのスイッチング電源部は、第１の出力インダクタンスを有する高速スイッチング電源部と、前記第１の出力インダクタンスより大きい第２の出力インダクタンスを有する高効率スイッチング電源部とを含み、前記少なくとも二つのスイッチング電源部は前記コントローラーの制御によって共同に外部に出力電圧を提供するように構成され、前記コントローラーは出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供すうように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御する直流電源を提供する。
【０００７】
また、各前記スイッチング電源部は、一端は電気接続スイッチを介して入力電源に接続され、且つ接地スイッチを介して接地し、他端は出力容量に接続される出力インダクタンスを含み、前記コントローラーは、具体的に、前記出力電流の変化率を検出するように構成される検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御し、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御するように構成される制御ユニットと、を含むことができる。
【０００８】
また、前記制御ユニットは、更に、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率が正であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオンし、接地スイッチをオフし、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率が負であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオフし、接地スイッチをオンし、前記検出ユニットにより検出された出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より小さい時、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを全てオフすることができる。
【０００９】
また、前記パルス幅変調は、固定オン時間変調又はヒステリシス変調を含むことができる。
【００１０】
また、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数より大きいことができる。
【００１１】
また、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数の２倍より大きいことができる。
【００１２】
また、前記高速スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値が、前記高効率スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／２より小さいことができる。
【００１３】
また、前記高速スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値が、前記高効率スイッチング電源部の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／１０であることができる。
【００１４】
本発明の実施例の他の一態様によると、
前記出力電流の変化率を検出することと、
前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御することと、を含む前記直流電源の動作方法を提供する。
【００１５】
また、前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御することが、具体的に、前記検出ユニットにより検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御し、前記検出ユニットにより検出された電流変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御することと、を含み、ここで、各前記スイッチング電源部の出力インダクタンスの一端は電気接続スイッチを介して入力電源に接続され、且つ接地スイッチを介して接地し、他端は出力容量に接続されることができる。
【００１６】
また、前記方法が、前記出力電流の変化率が正であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオンし、接地スイッチをオフし、前記出力電流の変化率が負であって且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオフし、接地スイッチをオンし、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より小さい時、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを全てオフすること、を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施例で提供する直流電源及びその動作方法によると、出力電流の変化率に基づいて各スイッチング電源部を制御することで、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、動的応答が速い高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、出力電流が負荷電流の変化を高速に追跡することができ、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、動的応答は遅いが効率が高い高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、高い効率で負荷を駆動することができるので、全体的に、電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例で提供する直流電源の回路構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例で提供する直流電源の他の回路構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例で提供する直流電源の他の回路構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例で提供するスイッチング電源の動作方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を結合して、本発明の実施例を更に詳しく説明する。尚、ここで説明する具体的な実施例は本発明を解釈するための実施例であって、本発明を限定するための実施例ではない。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施例は直流電源を提供し、コントローラー１と、少なくとも二つのスイッチング電源部２と、を含み、前記少なくとも二つのスイッチング電源部２の出力端は互いに接続されて公共出力端ｏｕｔを形成し、前記コントローラー１は各前記スイッチング電源部２にそれぞれ接続され、前記少なくとも二つのスイッチング電源部２は、第１の出力インダクタンスを有する高速スイッチング電源部２１と第２の出力インダクタンスを有する高効率スイッチング電源部２２とを含み、前記第１の出力インダクタンスは前記第２の出力インダクタンスより小さい。少なくとも二つのスイッチング電源部２は、コントローラー１の制御によって、共同で外部に出力電圧を提供するように構成され、コントローラー１は出力電流の変化率に基づいて少なくとも二つのスイッチング電源部２を制御することで、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、高速スイッチング電源部２１によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、高効率スイッチング電源部２２によって外部に出力電圧を提供するように構成される。
【００２１】
本発明の実施例で提供する直流電源は、複数のスイッチング電源部２を含み、且つこれらのスイッチング電源部２の出力インダクタンスは全て同じではなく、コントローラー１は出力電流の変化率に基づいて各スイッチング電源部２を制御することで、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時は、動的応答が速い高速スイッチング電源部２１によって外部に出力電圧を提供して、出力電流が負荷電流の変化を高速に追跡することができ、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、動的応答は遅いが効率が高い高効率スイッチング電源部２２によって外部に出力電圧を提供して、高い効率で負荷を駆動することができるので、全体的に、本発明で提供する直流電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することができる。
【００２２】
出力インダクタンスのインダクタンス値の大きさによってスイッチング電源部２の電源効率と出力に対する応答速度が決められる。従って、本実施例において、高速スイッチング電源部２１中の出力インダクタンスのインダクタンス値は小さく、高効率スイッチング電源部２２中の出力インダクタンスのインダクタンス値は大きい。例えば、高速スイッチング電源部２１の出力インダクタンスのインダクタンス値は高効率スイッチング電源部２２の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／２未満であることができる。高速スイッチング電源部２１の出力インダクタンスのインダクタンス値が高効率スイッチング電源部２２の出力インダクタンスのインダクタンス値の１／１０であることが好ましい。
【００２３】
スイッチング電源部２は、スイッチのオンとオフの時間の割合を制御することで、安定的な出力電圧を維持する。具体的に、図２に直流電源の１種類の構造を示す。ここで、各前記スイッチング電源部２はいずれも、出力インダクタンスＬを有し、出力インダクタンスＬの一端は電気接続スイッチＴ１によって入力電源３に接続され、且つ接地スイッチＴ２によって接地し、出力インダクタンスＬの他端は出力容量Ｃに接続される。コントローラー１は具体的に、前記出力電流の変化率を検出するように構成される検出ユニット１１と、検出ユニット１１により検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、高速スイッチング電源部２１の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を制御し、検出ユニット１１により検出された出力電流変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、高効率スイッチング電源部２２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を制御するように構成される制御ユニット１２と、を含む。
【００２４】
尚、スイッチング電源部２が外部に安定的な直流電圧を提供する必要があるので、検出ユニット１１が出力電流にサンプリングを行うことも、それに基づいて、出力容量Ｃの出力電圧が安定的であるようにスイッチング電源部２を調節するためである。基本的な電気学知識によると、出力容量Ｃにおいて、電圧の変化が電流の変化より遅いので、出力電流の変化によって出力電圧の変化を予測すると、出力電圧の変化傾向を事前に把握でき、変化しようとする出力電圧を即時に調節することができる。出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、この時の出力電流の変化が速いことを示すので、高速スイッチング電源部２１によって外部に電圧を出力するべきであり、出力電流の変化率の絶対値が該所定値以下である時、この時の出力電流の変化が遅いことを示すので、高効率スイッチング電源部２１によって外部に出力電圧を提供するべきである。
【００２５】
また、スイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２は、トランジスタ等のオンとオフ機能を有する各種のスイッチであることができる。これらのスイッチを交互にオンオフ制御することで、スイッチング電源部２は入力電源３から出力される電圧に「裁断波」処理を行って、即ち、入力電源３から出力される直流電圧を幅値が該出力電圧の幅値に等しいパルス電圧に裁断する。パルスのデューティ比はコントローラー１によって調節することができ、これらのパルス電圧は出力インダクタンスＬと出力容量Ｃのろ過作用を経て、出力容量Ｃで直流出力電圧を得ることができる。
【００２６】
上記実施例において、出力電流の変化率に基づいて高速スイッチング電源部２１又は高効率スイッチング電源部２２によって外部に電圧を出力することを選択することができる。しかし、スイッチング電源部２１又は２２の１種類を用いる時、他のスイッチング電源部２２又は２１の状態も出力電圧の安定性に異なる作用を果たす。
【００２７】
直流電源が異なる状況で出力電圧の安定性を有効に実現するように、制御ユニット１２が、ある高速スイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を交互にオンとオフするように制御する以外、他のスイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を常にオン又は常にオフに制御するように構成されることもできる。具体的に、検出ユニット１１により検出された出力電流の変化率が正であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、出力電圧が一区間の時間が経た後は大きい変化率で上昇することを示すので、制御ユニット１２は、更に、高効率スイッチング電源部２２の電気接続スイッチＴ１をオンし、接地スイッチＴ２をオフするように構成され、これにより、高効率スイッチング電源部２２は「充電」状態であって、即ち、入力電源３はオンされた電気接続スイッチＴ１を介してずっと出力容量Ｃに充電を行うことができる。高速スイッチング電源部２１と高効率スイッチング電源部２２の協力によって、出力容量Ｃの電流と電圧は、更に高速に負荷の電流と電圧の上昇に従うことができる。
【００２８】
同様に、検出ユニット１１により検出された出力電流の変化率が負であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、電圧が一区間の時間が経た後は大きい変化率で低下することを示す。出力容量Ｃの出力電圧が更に高速に低下するために、制御ユニット１２は、高速スイッチング電源部２１にパルス幅変調に応じて入力電源３の出力電圧に裁断波処理を行わせる以外、更に、高効率スイッチング電源部２２の電気接続スイッチＴ１をオフし、接地スイッチＴ２をオンするように構成される。これにより、高効率スイッチング電源部２２は「放電」状態であって、出力容量Ｃはずっと高効率スイッチング電源部２２のオンされた接地スイッチＴ２によって放電することができる。高速スイッチング電源部２１と高効率スイッチング電源部２２の協力によって、出力容量Ｃの電流と電圧は更に高速に負荷の電流と電圧の低下に従うことができる。
【００２９】
一方、検出ユニット１１により検出された出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より小さい時、回路が安定的であることを示し、この時、高効率スイッチング電源部２２の応答速度であっても負荷の電流と電圧の変化需要を満たすことができるので、スイッチング電源が依然として高い電源効率を保つように、制御ユニット１２は、更に、高速スイッチング電源部２１の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を全てオフし、高効率スイッチング電源部２２のみがパルス幅変調方式で入力電源３に裁断波処理を行うようにする。
【００３０】
例えば、図３にコントローラー１の１種類の実現可能な方式を示す。図１〜図３を結合すると、制御ユニット１２は具体的に複数のデータ選択器１３を含み、各データ選択器１３は対応して一つのスイッチング電源部２を制御する。検出ユニット１１の出力電流の変化率に対する検出結果をそれぞれのデータ選択器１３の選択条件とし、各スイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２のさまざまなオン又はオフの異なる状態の組み合わせを対応するデータ選択器１３の選択候補入力とすることができる。各データ選択器１３の出力端は対応するスイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２に接続され、データ選択器１３は検出ユニット１１の検出結果に基づいて選択候補の幾つかの入力から１パスを選択して出力することで、対応するスイッチング電源部２を制御することができる。各パスの選択候補の出力がいずれも電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２のさまざまなオン又はオフ状態の組み合わせであるので、このように、これらの異なる組み合わせを選択的に各スイッチング電源部２に出力することによって、各スイッチング電源部２の電気接続スイッチＴ１と接地スイッチＴ２を制御することができる。
【００３１】
また、検出ユニット１１により検出された出力容量Ｃの電流変化率の絶対値が所定値より小さい時、回路が安定的状態であって、各データ選択器の選択条件端に「０」を入力し、検出ユニット１１により検出された出力容量Ｃの電流変化率が正であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、負荷電流が瞬間的に増加し、各データ選択器の選択条件端に「１」を入力し、検出ユニット１１により検出された出力容量Ｃの電流変化率が負であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、負荷電流が瞬間的に減少し、各データ選択器１３の選択条件端に「２」を入力する。
【００３２】
各データ選択器１３の選択条件端がいずれも「０」、「１」、「２」の３種類の異なる選択状態を含み、各選択状態は異なる入力通路に対応するが、異なるスイッチング電源部２に対応するデータ選択器１３において、各入力通路に載せた信号は異なっている。
【００３３】
また、高効率スイッチング電源部２２に対応するデータ選択器１３１の選択候補の入力端において、「０」通路に対応する入力は「ＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調)」状態であって、「１」通路に対応する入力は「ＯＮ」状態、つまりＴ１はオンで、Ｔ２はオフである状態であって、「２」通路に対応する入力は「ＯＦＦ」状態、つまり、Ｔ１はオフで、Ｔ２はオンである状態である。一方、高速スイッチング電源部２１に対応するデータ選択器１３１の選択候補の入力端において、「０」通路に対応する入力は「Ｄｉｓａｂｌｅ」状態、即ち禁止状態であって、この時、Ｔ１とＴ２はいずれもオフであって、「１」通路と「２」通路に対応する入力はいずれも「ＰＷＭ」状態、つまり、パルス幅変調状態である。パルス幅変調は具体的に、専用のコントローラーによって実現することができ、また、前記パルス幅変調が固定オン時間変調又はヒステリシス変調等を含むこともできる。
【００３４】
上述した実施例において、高速スイッチング電源部２１と高効率スイッチング電源部２２との相違点が主に、出力インダクタンスのインダクタンス値の違いにあるが、本発明の実施例はこれに限定されず、本発明の他の実施例において、高速スイッチング電源部２１と高効率スイッチング電源部２２の相違点がスイッチング周波数の大きさの違いを含むこともできる。高速スイッチング電源部２１の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が高効率スイッチング電源部２２の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数より大きいことができ、例えば、高速スイッチング電源部２１の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数が高効率スイッチング電源部２２の電気接続スイッチと接地スイッチのスイッチング周波数の２倍より大きいことができる。これにより、高速スイッチング電源部２１は、更に高速に負荷電流の変化を追跡することができ、一方、高効率スイッチング電源部２２も低いスイッチング周波数を用いて電源の効率を一層向上させることができる。
【００３５】
以下、例を挙げて本発明の実施例で提供する直流電源の動作プロセスを説明する。本発明の一実施例において、仮に負荷電流の動的変化率が１００Ａ／ｕｓ（アンペア／マイクロ秒）で、高速スイッチング電源部２１の出力インダクタンスＬ１のインダクタンス値が５０ｎＨ（ナノヘンリー）で、Ｔ１、Ｔ２のスイッチング周波数が１.２ＭＨｚで、高効率スイッチング電源部２２の出力インダクタンスＬ２のインダクタンス値が５ｕＨ（マイクロヘンリー）で、Ｔ１、Ｔ２のスイッチング周波数が２００ｋＨｚであるとする。負荷電流が瞬間的に変化する時、コントローラー１によって、高速スイッチング電源部２１の電気接続スイッチと接地スイッチがパルス幅変調に応じて交互に相補的にオン又はオフすることで、出力電流が高速に負荷電流を追跡し、出力容量Ｃの放電が少なく、出力電圧の変化が小さい。同時に、コントローラー１は高効率スイッチング電源部２２を「ＯＮ」状態にし、但し、出力インダクタンスＬ２が大きく、出力電流の変化が遅いため、ちょっと後で出力電流が負荷電流を追跡できる。出力電流が負荷電流を追跡する全般の動的過程において、高速スイッチング電源部２１が提供する出力電流はまず１段階の上昇があった後、高効率スイッチング電源部２２が提供する出力電流がだんだん上昇するに伴って、高速スイッチング電源部２１が提供する出力電流がだんだん減少し、出力容量Ｃの出力電流が相対的に安定になる。高効率スイッチング電源部２２が提供する電流が負荷電流を追った時、回路の動的プロセスは終了される。この時、直流電源が安定的な状態で高い電源効率を保持するように、コントローラー１によって、高効率スイッチング電源部２２がパルス幅変調に応じて動作し、高速スイッチング電源部２１と入力電源３及び出力容量Ｃがいずれもオフになる。
【００３６】
これに対応して、図４に示すように、本発明の実施例において上述した実施例に記載のいずれかのスイッチング電源の動作方法を提供し、以下のステップを含む。
【００３７】
出力電流の変化率を検出し（Ｓ１１）、
前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御する（Ｓ１２）。
【００３８】
本発明の実施例で提供する直流電源の動作方法によると、出力電流の変化率に基づいて各スイッチング電源部を制御することで、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、動的応答が速い高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、出力電流が負荷電流の変化を高速に追跡することができ、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、動的応答は遅いが、効率が高い高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、高い効率で負荷を駆動することができるので、全体的に、電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することができる。
【００３９】
具体的に、前記出力電流の変化率に基づいて、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時、前記高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供し、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、前記高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供するように、前記少なくとも二つのスイッチング電源部を制御することが、具体的に、
前記検出ユニットにより検出された前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値より大きい時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御し、前記検出ユニットにより検出された電流変化率の絶対値が前記所定値以下である時、パルス幅変調に応じて相補的に交互にオン又はオフするように、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを制御することを含み、ここで、各前記スイッチング電源部の出力インダクタンスの一端は電気接続スイッチを介して入力電源に接続され、且つ接地スイッチを介して接地し、他端は出力容量に接続される。
【００４０】
更に、ステップＳ１１の後、前記方法は、前記出力電流の変化率が正であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオンし、接地スイッチをオフし、前記出力電流の変化率が負であって、且つ絶対値が前記所定値より大きい時、前記高効率スイッチング電源部の電気接続スイッチをオフし、接地スイッチをオンし、前記出力電流の変化率が０である時、前記高速スイッチング電源部の電気接続スイッチと接地スイッチを全てオフすることを更に含む。
【００４１】
スイッチング電源の詳細な動作原理について、既に詳細に説明したので、上述した内容を参照することができ、ここでは説明を省略する。
【００４２】
例示のため本発明の実施例の好適な実施例を説明したが、当業者であれば、各種の改善、増加、入れ替えを行うことが可能であることを理解できるので、本発明の実施例の保護範囲は上述した実施例に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の実施例を電子回路の技術分野に応用することができ、出力電流の変化率に基づいて各スイッチング電源部を制御することで、前記出力電流の変化率の絶対値が所定値より大きい時は、動的応答が速い高速スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、出力電流が負荷電流の変化を高速に追跡することができ、前記出力電流の変化率の絶対値が前記所定値以下である時、動的応答は遅いが効率が高い高効率スイッチング電源部によって外部に出力電圧を提供して、高い効率で負荷を駆動することができるので、全体的に、電源の高効率を保持しつつ負荷電流の変化を高速に追跡することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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