(57)【要約】【課題】複数の電圧変換回路を並列接続して構成される電源装置において、動作させる電圧変換回路の数を変化させる際に生じる不安定性を防止する。【解決手段】この電源装置は、出力電流を合成して共通の負荷に供給する複数チャンネルの電圧変換回路と、負荷に供給される電流又は電力の値を算出する負荷状態算出手段と、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定する動作チャンネル数設定手段と、設定されるチャンネル数に従って電圧変換回路を制御し、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させる信号生成手段とを具備する。【選択図】図１
2009232587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことにより電圧変換動作を行い、出力電流を合成して共通の負荷に供給する複数チャンネルの電圧変換回路と、
前記負荷に供給される出力電流を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記負荷に供給される電流又は電力の値を算出する負荷状態算出手段と、
前記負荷状態算出手段によって算出される電流又は電力の値に基づいて、前記複数チャンネルの電圧変換回路の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定する動作チャンネル数設定手段と、
前記動作チャンネル数設定手段によって設定されるチャンネル数に従って前記複数チャンネルの電圧変換回路を制御し、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させる信号生成手段と、
を具備する電源装置。
【請求項２】
前記信号生成手段が、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を変化させるときに、設定値に基づいて駆動信号のデューティ及び／又は周波数を設定するフィードフォワード制御を行う、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記信号生成手段が、前記検出手段によって検出される出力電圧に基づいて、動作させる電圧変換回路に供給される駆動信号のデューティ及び／又は周波数をフィードバック制御する、請求項１又は２記載の電源装置。
【請求項４】
前記検出手段が、
前記負荷に供給される出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記負荷に供給される出力電流を検出する少なくとも１つの出力電流検出回路と、
を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項５】
前記負荷状態算出手段と、前記動作チャンネル数設定手段と、前記信号生成手段とが、ＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）を用いて構成される、請求項１〜４のいずれか１項記載の電源装置。
【請求項６】
パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことにより電圧変換動作を行い、出力電流を合成して共通の負荷に供給する複数チャンネルの電圧変換回路を有する電源装置の制御方法であって、
前記負荷に供給される出力電流を検出するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）における検出結果に基づいて、前記負荷に供給される電流又は電力の値を算出するステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において算出される電流又は電力の値に基づいて、前記複数チャンネルの電圧変換回路の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定するステップ（ｃ）と、
ステップ（ｃ）において設定されるチャンネル数に従って前記複数チャンネルの電圧変換回路を制御し、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させるステップ（ｄ）と、
を具備する電源装置の制御方法。
【請求項７】
ステップ（ｄ）が、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を変化させるときに、設定値に基づいて駆動信号のデューティ及び／又は周波数を設定するフィードフォワード制御を行うことを含む、請求項６記載の電源装置の制御方法。
【請求項８】
ステップ（ｄ）が、ステップ（ａ）において検出される出力電圧に基づいて、動作させる電圧変換回路に供給される駆動信号のデューティ及び／又は周波数をフィードバック制御することを含む、請求項６又は７記載の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、スイッチング動作によって電圧変換を行う電源装置に関し、特に、スイッチング動作によって電圧変換を行う複数チャンネルの電圧変換回路を並列接続して構成される電源装置に関する。さらに、本発明は、そのような電源装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、小型軽量で効率良く電力を取り出すことのできるＤＣ／ＤＣコンバータ等のスイッチング電源が広く使用されている。例えば、トランスを用いる絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、トランスの１次側においてスイッチング動作を行うことによってトランスの２次側に交流電圧を発生し、この交流電圧をダイオード及びコンデンサで整流及び平滑することによって直流電圧が得られる。また、トランスの替わりにチョークコイルを用いる非絶縁型のスイッチング電源も用いられている。
【０００３】
しかしながら、スイッチング電源において、大きな出力電力を得るためには、トランス又はチョークコイルやコンデンサ等の部品が大型化してしまう。また、スイッチングによって発生する出力電圧のリップルも大きくなってしまう。そこで、異なる位相で動作する複数チャンネルの電圧変換回路を並列接続したマルチフェーズ方式の電源装置が開発されている。マルチフェーズ方式の電源装置によれば、部品を小型化すると共に、出力電圧のリップルを低減することができる。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、小電流から大電流までの広いダイナミックレンジにおいてリップルの少ない良質の変換出力を高能率で得ることを目的としたスイッチング制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。このＤＣ／ＤＣコンバータは、共通の入力電源から供給される入力電流をオン／オフ制御する複数のスイッチング回路と、各スイッチング回路においてオン／オフ制御された電流を合成及び平滑して負荷に供給する平滑回路と、複数のスイッチング回路を互いに同一周期かつ異なる位相でオン／オフ動作させると共に、平滑回路の出力電圧が所定の目標値となるように各スイッチング回路のオン時間幅をフィードバック制御する多相ＰＷＭ制御回路を有し、入力電流のオン／オフ通電路を形成するスイッチング回路を低電流出力時に減数させる動作制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００５】
また、特許文献２には、低負荷〜高負荷の広い負荷範囲で高効率を得ることを目的としたマルチフェーズ型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路が開示されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、複数の動作フェーズを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力負荷の大きさによって動作フェーズの動作数を切り替え可能なフェーズ切替回路を設けたことを特徴としている。
【０００６】
図７は、特許文献１に記載されているＤＣ／ＤＣコンバータを模式的に示す図である。このＤＣ／ＤＣコンバータは、複数のスイッチング回路によって構成される電圧変換回路１０１及び１０２と、電圧検出回路１０３と、電圧検出回路１０３の検出結果に基づいて電圧変換回路１０１及び１０２を制御する制御回路１０４とを含んでいる。電圧変換回路１０１及び１０２の出力電流は、それぞれに接続されたインタクタンス素子を介して合成され、コンデンサによって平滑されて、電力ＰＬとして負荷ＺＬに供給される。
【０００７】
図８は、図７に示すＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための図である。図８において、横軸は時間（ｔ）を表しており、縦軸は、電圧変換回路１０１及び１０２の出力電力Ｐ１及びＰ２と、負荷ＺＬに供給される電力ＰＬを表している。図８に示すように、負荷ＺＬに供給される電力ＰＬが小さい期間においては、電圧変換回路１０１のみが動作しているが、負荷ＺＬに供給される電力ＰＬが大きい期間においては、電圧変換回路１０１及び１０２の両方が動作するようになる。
【０００８】
制御回路１０４は、電圧検出回路１０３の検出結果に基づいて電圧変換回路１０１及び１０２をフィードバック制御するが、フィードバック制御における応答の遅れにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が過渡的に変動し、その結果として、負荷ＺＬに供給される電圧のハンチング(制御応答結果が振動すること)が生じてしまう。特許文献１及び２には、このような過渡的な出力電圧のハンチングを解決することに関しては開示されていない。
【特許文献１】特開２００２−４４９４１号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献２】特開２００７−１１６８３４号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、スイッチング動作によって電圧変換を行う複数チャンネルの電圧変換回路を並列接続して構成される電源装置において、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を変化させる際に生じる過渡的な出力電圧のハンチング等の不安定性を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る電源装置は、パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことにより電圧変換動作を行い、出力電流を合成して共通の負荷に供給する複数チャンネルの電圧変換回路と、負荷に供給される出力電流を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、負荷に供給される電流又は電力の値を算出する負荷状態算出手段と、負荷状態算出手段によって算出される電流又は電力の値に基づいて、複数チャンネルの電圧変換回路の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定する動作チャンネル数設定手段と、動作チャンネル数設定手段によって設定されるチャンネル数に従って複数チャンネルの電圧変換回路を制御し、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させる信号生成手段とを具備する。
【００１１】
また、本発明の１つの観点に係る電源装置の制御方法は、パルス状の駆動信号に従ってスイッチング動作を行うことにより電圧変換動作を行い、出力電流を合成して共通の負荷に供給する複数チャンネルの電圧変換回路を有する電源装置の制御方法であって、負荷に供給される出力電流を検出するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）における検出結果に基づいて、負荷に供給される電流又は電力の値を算出するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において算出される電流又は電力の値に基づいて、複数チャンネルの電圧変換回路の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定するステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）において設定されるチャンネル数に従って複数チャンネルの電圧変換回路を制御し、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させるステップ（ｄ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少なくとも１つの電圧変換回路の出力電流の量を変化させる際に、他の起動している電圧変換回路の出力電流の量を逆向きに変化させるので、動作する電圧変換回路の数を変化させる際に生じる過渡的な出力電圧のハンチングを抑える等、過渡特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源装置の構成を示す図である。この電源装置は、交流電源電圧の入力端子１及び２と、直流電源電圧の出力端子３及び４と、入力される交流電源電圧を整流及び平滑する整流平滑回路１０と、整流平滑回路１０によって整流及び平滑された電圧が供給され、スイッチング動作を行うことによって電圧変換を行う複数チャンネルの電圧変換回路（図１においては、チャンネル１の電圧変換回路１１〜チャンネル４の電圧変換回路１４を示す）と、電圧変換回路１１〜１４の出力電流（出力電力）を合成する出力合成回路３０と、電圧変換回路１１〜１４を制御する制御部４０とを有している。
【００１４】
さらに、この電源装置は、電圧変換回路１１〜１４の共通の入力電圧を検出する入力電圧検出回路５０と、出力合成回路３０の出力電圧を検出する出力電圧検出回路６０と、電圧変換回路１１〜１４の入力電流をそれぞれ検出する入力電流検出回路７１〜７４と、電圧変換回路１１〜１４の出力電流をそれぞれ検出する出力電流検出回路８１〜８４とを有している。なお、検出回路の種類や数は、必要に応じて適宜変更することができる。例えば、入力電流検出回路７１〜７４の替わりに、電圧変換回路１１〜１４の共通の入力電流を検出する入力電流検出回路を設け、出力電流検出回路８１〜８４の替わりに、出力合成回路３０の出力電流を検出する出力電流検出回路を設けるようにしても良い。
【００１５】
整流平滑回路１０は、例えば、ダイオードブリッジとコンデンサとを含んでおり、入力端子１と入力端子２との間に印加される交流電圧をダイオードブリッジによって全波整流し、コンデンサによって平滑する。
【００１６】
チャンネル１の電圧変換回路１１は、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス２０と、トランスの１次側巻線２１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってトランスの１次側巻線２１に電流を流すＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子２４と、制御部４０から供給される駆動信号に基づいて、スイッチング素子２４を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路２５と、トランスの２次側巻線２２に発生する電圧を半波整流するダイオード２６と、整流された電圧を平滑するコンデンサ２７とを含んでいる。ここで、ダイオード２６及びコンデンサ２７は、出力回路を構成している。
【００１７】
トランス２０は、磁性体のコア２３と、コア２３に回巻された１次側巻線２１及び２次側巻線２２とを有している。１次側巻線２１の巻数をＮ１とし、２次側巻線２２の巻数をＮ２とすると、損失がないとした場合に、１次側と２次側との間の昇圧比は、Ｎ２／Ｎ１となる。なお、トランス２０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。
【００１８】
一般に、スイッチング電源において、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。本実施形態においては、フライバック方式を採用している。フライバック方式は、チョークコイルが不要で部品点数が少なく、回路が簡単になるというメリットを有している。なお、スイッチング素子の数は１つに限らず、複数のスイッチング素子を用いてブリッジ構成としても良い。
【００１９】
トランスの１次側巻線２１に接続される回路と、トランスの２次側巻線２２に接続される回路とは、フォトカプラ等の光信号伝送素子を用いることにより、互いにアイソレートされる。例えば、制御部４０をトランスの１次側巻線２１に接続する場合には、出力電圧検出回路６０及び出力電流検出回路８１〜８４から制御部４０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。
【００２０】
一方、制御部４０をトランスの２次側巻線２２に接続する場合には、入力電圧検出回路５０及び入力電流検出回路７１〜７４から制御部４０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられると共に、制御部４０から電圧変換回路１１〜１４への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。なお、電流を電磁誘導による起電力に基づいて検出するタイプの電流検出回路については、アイソレートのための素子を設ける必要はない。
【００２１】
図１に示すようなフライバック方式の電圧変換回路１１においては、トランスの１次側巻線２１と２次側巻線２２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子２４がオンしている間は、トランス２０の１次側電流は増加するが、トランス２０の２次側においてはダイオード２６で逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス２０は、スイッチング素子２４がオンしている時に、コア２４にエネルギーを蓄える。
【００２２】
次に、スイッチング素子２４がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス２０の電圧極性が反転して、トランス２０の２次側において電流が流れる。トランス２０の２次側電流は、トランスの２次側巻線２２に直列接続されたダイオード２６を介してコンデンサ２７に充電されることにより、出力端子３と出力端子４との間に直流出力電圧を発生させる。
【００２３】
以上、第１の電圧変換回路１１について説明したが、第２〜第４の電圧変換回路１２〜１４についても同様である。出力合成回路３０は、複数のダイオード３１〜３４を含んでいる。ダイオード３１〜３４のアノードは、電圧変換回路１１〜１４の出力にそれぞれ接続されており、ダイオード３１〜３４のカソードは、電源装置の出力端子３に接続されている。ダイオード３１〜３４によって、電圧変換回路１１〜１４の出力電流が合成されると共に、出力電流の逆流が防止される。但し、ダイオード３１〜３４において電圧降下が生じるので、電圧変換回路１１〜１４の出力を直接又はインダクタンス素子等を介して互いに接続するようにしても良い。
【００２４】
制御部４０は、駆動信号等の制御信号を生成するコントロールブロックを一体化して収めたＤＳＰ（digital signal processor：ディジタル信号処理装置）を含んでおり、ＤＳＰの内部又は外部において、ソフトウェア（制御プログラム）やデータを格納する不揮発性メモリ等の格納部４１を含んでいる。ＤＳＰは、４０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の周波数を有するクロック信号が供給されて動作し、スイッチング素子２４を１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度の高い周波数でスイッチングさせることができる。格納部４１は、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を有しており、このＬＵＴには、電源装置の動作を制御するために用いられる各種の設定値が格納されている。また、制御部４０は、各種の検出回路から出力されるアナログの検出信号をディジタルの検出信号に変換する複数のＤ／Ａコンバータを含んでいる。
【００２５】
図２は、図１に示す制御部の動作を説明するためのブロック図である。図２に示すように、制御部４０は、負荷状態算出部４２と、動作チャンネル数設定部４３と、制御信号生成部４４とを、機能ブロックとして含んでいる。これらの機能ブロックは、ＤＳＰ及びソフトウェア（制御プログラム）を用いて構成されるが、ディジタル回路やアナログ回路を用いて構成しても良い。
【００２６】
負荷状態算出部４２は、出力電圧検出回路６０の検出結果である出力電圧値と、出力電流検出回路８１〜８４の検出結果である出力電流値とに基づいて、負荷ＺＬに供給される電力の値を算出する。動作チャンネル数設定部４３は、負荷状態算出部４２によって算出される電力の値に基づいて、複数チャンネルの電圧変換回路１１〜１４の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定する。
【００２７】
制御信号生成部４４は、動作チャンネル数設定部４３によって設定されるチャンネル数に従って、制御信号として、電圧変換回路１１〜１４の各々に個別に供給される駆動信号を生成することにより、電圧変換回路１１〜１４を制御する。複数チャンネルの電圧変換回路を同時に動作させる場合には、それらの電圧変換回路に供給される駆動信号の位相は、互いに異なっていても良いし（マルチフェーズ方式）、揃っていても良い。出力電圧のリップルが比較的大きい場合には、マルチフェーズ方式を採用することにより、出力電圧のリップルを低減することができる。
【００２８】
例えば、制御信号生成部４４は、複数チャンネルの電圧変換回路１１〜１４を、チャンネル１の電圧変換回路１１、チャンネル２の電圧変換回路１２、チャンネル３の電圧変換回路１３、チャンネル４の電圧変換回路１４の順で、優先的に動作させる。ここで、制御信号生成部４４は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を増加させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させ、また、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を減少させるときに、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させる。この制御は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を変化させるときに、格納部４１に格納されている設定値に基づいて駆動信号のデューティを設定するフィードフォワード制御によって行われる。これにより、動作させる電圧変換回路のチャンネル数が切り換えられる際に、出力電圧の変動が抑えられる。
【００２９】
さらに、制御信号生成部４４は、入力電圧検出回路５０の検出結果である入力電圧値と、出力電圧検出回路６０の検出結果である出力電圧値と、入力電流検出回路７１〜７４の検出結果である入力電流値と、出力電流検出回路８１〜８４の検出結果である出力電流値との内の少なくとも１つに基づいて、駆動信号のデューティをフィードバック制御する。例えば、制御信号生成部４４は、出力電圧検出回路６０の検出結果である出力電圧値に基づいて、動作させる電圧変換回路に供給される駆動信号のデューティを調節する。
【００３０】
スイッチング周波数が５０ｋＨｚである場合には、スイッチング周期は２０μｓであり、フィードバック制御系の応答特性は、フィルタ特性等を考慮すると、一般的にスイッチング周期の１０倍程度である２００μｓ程度になると考えられる。即ち、この間は、フィードバック制御が正常に機能せず、応答の遅れに伴う不安定性が生じる。そこで、本実施形態においては、チャンネル数を切り換える際に、フィードバック制御が一旦解除され、フィードフォワード制御によって駆動信号のデューティが予測制御される。チャンネル数を切り換えた後は、直ちにフィードバック制御に戻しても良いし、所定の期間は過渡期として、格納部４１に格納されている設定値を参照する制御を継続しても良い。
【００３１】
以上において、デューティを制御する替わりに、又は、デューティを制御すると共に、駆動信号の周波数（スイッチング周波数）を制御するフィードフォワード制御又はフィードバック制御を行うようにしても良い。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態に係る電源装置の制御方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る電源装置の制御方法を示すフローチャートであり、図４は、複数チャンネルの電圧変換回路の出力電力の変化例を示す図である。図４において、横軸は電源装置の出力電力を表しており、縦軸は電圧変換回路１１〜１４の負荷率Ｕ１〜Ｕ４を表している。各チャンネルの電圧変換回路の負荷率Ｕは、次式で表される。
Ｕ＝｛Ｐ（ｔ）／ＰＭＡＸ｝×１００  （％）
ここで、ＰＭＡＸは、各チャンネルの電圧変換回路について設定されている最大電力負荷を表し、Ｐ（ｔ）は、各チャンネルの電圧変換回路が時刻ｔにおいて実際に荷う電力負荷を表している。
【００３３】
最初に、図３のステップＳ１１において、動作チャンネル数設定部４３が、動作させる電圧変換回路のチャンネル数の初期値を設定する。例えば、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「１」に設定する。それに従って、ステップＳ１２において、制御信号生成部４４が、設定されたチャンネル数の電圧変換回路を起動する。例えば、制御信号生成部４４は、チャンネル１の電圧変換回路１１を起動する。
【００３４】
電源装置の出力電圧が上昇するのに伴って、負荷に供給される電力が増加する。電源装置の出力電圧が所定値に達すると、負荷のインピーダンスが一定である場合には、電源装置の出力電力が一定値となる。負荷が次第に重くなる場合には、電源装置の出力電力も次第に増加する。チャンネル１の電圧変換回路１１の出力電力だけで不足する場合には、図４に示すように、チャンネル２、３、４の電圧変換回路１２、１３、１４が順次起動される。
【００３５】
ステップＳ１３において、出力電圧検出回路６０及び出力電流検出回路８１〜８４が、負荷ＺＬに供給される出力電圧及び出力電流をそれぞれ検出する。ステップＳ１４において、負荷状態算出部４２が、ステップＳ１３における出力電圧検出回路６０及び出力電流検出回路８１〜８４の検出結果に基づいて、負荷ＺＬに供給される電力の値を算出する。この例においては、動作しているのがチャンネル１の電圧変換回路１１のみなので、負荷状態算出部４２は、出力電圧検出回路６０及び出力電流検出回路８１の検出結果に基づいて、電圧変換回路１１の出力電力を算出するようにしても良い。ステップＳ１５において、動作チャンネル数設定部４３は、ステップ１４において算出される電力の値に基づいて、複数チャンネルの電圧変換回路１１〜１４の内で動作させる電圧変換回路のチャンネル数を設定する。
【００３６】
ステップＳ１６において、動作させる電圧変換回路のチャンネル数が増加する場合に、制御信号生成部４４は、ステップＳ１７において、少なくとも１つの電圧変換回路を新たに起動させると共に、ステップＳ１８において、他の起動している電圧変換回路の出力電流を減少させる。
【００３７】
例えば、図４に示すように、電圧変換回路１１の負荷率Ｕ１が約１００％に達すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「２」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル２の電圧変換回路１２を起動する。ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１２の負荷率Ｕ２を約５０％に上昇させると共に、電圧変換回路１１の負荷率Ｕ１を約５０％に下降させるように、チャンネル１及び２の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を増加させる際に、電源装置の出力電圧の変動が抑えられると共に、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２が略等しくなるので、電源装置の動作が安定する。
【００３８】
即ち、図１に示す出力合成回路３０において、ダイオード３１〜３４を用いずに電圧変換回路１１〜１４の出力を直接接続する場合に、複数の電圧変換回路の出力電流が大幅に異なっていると、１つの電圧変換回路の出力電流が他の電圧変換回路に流れ込む所謂「横流」が生じてしまい、電源装置の電圧変換効率も低下してしまう。従って、複数の電圧変換回路の出力電流を略等しくすることにより、電源装置の動作を安定させ、電圧変換効率を改善することができる。
【００３９】
さらに、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２が約１００％に達すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「３」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル３の電圧変換回路１３を起動する。
【００４０】
ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１３の負荷率Ｕ３を約６６％に上昇させると共に、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２を約６６％に下降させるように、チャンネル１〜３の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を増加させる際に電源装置の出力電圧の変動が抑えられると共に、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３が略等しくなるので、電源装置の動作が安定する。
【００４１】
さらに、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３が約１００％に達すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「４」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル４の電圧変換回路１４を起動する。
【００４２】
ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１４の負荷率Ｕ４を約７５％に上昇させると共に、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３を約７５％に下降させるように、チャンネル１〜４の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を増加させる際に電源装置の出力電圧の変動が抑えられると共に、電圧変換回路１１〜１４の負荷率Ｕ１〜Ｕ４が略等しくなるので、電源装置の動作が安定する。
【００４３】
再び図３を参照すると、ステップＳ１６において、動作させる電圧変換回路のチャンネル数が減少する場合に、制御信号生成部４４は、ステップＳ１９において、少なくとも１つの電圧変換回路を停止させると共に、ステップＳ２０において、他の起動している電圧変換回路の出力電流を増加させる。
【００４４】
例えば、図４に示すように、電圧変換回路１１〜１４の負荷率Ｕ１〜Ｕ４が約７５％よりも低下すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「３」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル４の電圧変換回路１４を停止させる。
【００４５】
ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１４の負荷率Ｕ４を０％に下降させると共に、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３を約１００％に上昇させるように、チャンネル１〜３の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を減少させる際に電源装置の出力電圧の変動が抑えられると共に、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３が略等しくなるので、電源装置の動作が安定する。
【００４６】
さらに、電圧変換回路１１〜１３の負荷率Ｕ１〜Ｕ３が約６６％よりも低下すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「２」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル３の電圧変換回路１３を停止させる。
【００４７】
ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１３の負荷率Ｕ３を０％に下降させると共に、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２を約１００％に上昇させるように、チャンネル１及び２の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を減少させる際に電源装置の出力電圧の変動が抑えられると共に、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２が略等しくなるので、電源装置の動作が安定する。
【００４８】
さらに、電圧変換回路１１及び１２の負荷率Ｕ１及びＵ２が約５０％よりも低下すると、動作チャンネル数設定部４３は、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「１」に設定する。それに従って、制御信号生成部４４は、チャンネル２の電圧変換回路１２を停止させる。
【００４９】
ここで、制御信号生成部４４は、格納部４１に格納されている設定値に基づいて、電圧変換回路１２の負荷率Ｕ２を０％に下降させると共に、電圧変換回路１１の負荷率Ｕ１を約１００％に上昇させるように、チャンネル１の駆動信号を生成する。そのようにすれば、チャンネル数を減少させる際に電源装置の出力電圧の変動が抑えられる。
【００５０】
図４に示す例においては、複数チャンネルの電圧変換回路を同時に動作させる場合に、それらの電圧変換回路の出力電力（負荷率）が略等しくなるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、動作させる複数チャンネルの電圧変換回路の出力電力（負荷率）が互いに異なっていても良い。例えば、動作させる電圧変換回路のチャンネル数を「１」から「２」に変更する場合に、チャンネル１の電圧変換回路の負荷率を約１００％から約８０％に下降させると共に、チャンネル２の電圧変換回路の負荷率を０％から約２０％に上昇させるようにしても良い。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電源装置の制御部の動作を説明するためのブロック図である。第２の実施形態においては、図５に示すように、制御信号生成部４４が、制御信号として、複数チャンネルの電圧変換回路１１〜１４について共通の駆動信号と、複数チャンネルの電圧変換回路１１〜１４の各々に個別のイネーブル信号とを供給することにより、電圧変換回路１１〜１４を制御する。その他の点に関しては、図１に示す第１の実施形態と同様である。図１に示す駆動回路２５は、イネーブル信号が活性化されたときに、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子２４に駆動信号を供給し、イネーブル信号が非活性化されたときに駆動信号をローレベルに固定する。そのような駆動回路の例を、図６に示す。
【００５２】
図６に示す駆動回路は、制御部４０から供給される駆動信号のレベルをシフトするレベルシフタ９１と、レベルシフタ９１の出力信号をバッファする２つの反転回路（インバータ）９２及び９３と、これらの反転回路９２及び９３の電源ラインに接続されたスイッチ回路９４とを含んでいる。
【００５３】
レベルシフタ９１には、電源電位ＶＤＤ及びＶＳＳと、スイッチング素子２４の駆動のために用いられる高電位の電源電位ＶＨが供給される。レベルシフタ９１は、駆動信号の電圧範囲を、電源電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ）の範囲から、電源電圧（ＶＨ−ＶＳＳ）の範囲に変換する。ここで、例えば、電源電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ）は５Ｖであり、電源電圧（ＶＨ−ＶＳＳ）は１５Ｖである。
【００５４】
反転回路９２及び９３は、電源電位ＶＨ及びＶＳＳが供給されて動作する。ここで、スイッチ回路９４が、イネーブル信号に従って電源電位ＶＨの供給をオン／オフする。例えば、スイッチ回路９４は、電源電位ＶＨと反転回路９２及び９３の電源ラインとの間に接続されたＰチャネルトランジスタと、このＰチャネルトランジスタのゲートに電源電位ＶＨを印加する抵抗と、Ｐチャネルトランジスタのゲート電位を制御するＮチャネルトランジスタとによって構成される。ＮチャネルトランジスタのドレインはＰチャネルランジスタのゲートに接続され、ソースは電源電位ＶＳＳに接続され、ゲートにはイネーブル信号が供給される。なお、以下においては、スイッチング素子２４に供給される駆動信号のことを、「ゲート信号」と呼ぶ。
【００５５】
イネーブル信号がローレベルに非活性化されているときには、スイッチ回路９４がオフして反転回路９２及び９３に電源電位ＶＨが供給されないので、反転回路９３から出力されるゲート信号はローレベルとなる。従って、スイッチング素子２４はオフ状態を維持する。イネーブル信号がハイレベルに活性化されると、スイッチ回路９４がオンして反転回路９２及び９３に電源電位ＶＨが供給されるので、駆動信号に基づいて反転回路９３からパルス状のゲート信号が出力される。図１に示すスイッチング素子２４は、駆動回路２５から駆動信号が印加されてスイッチング動作を行う。
【００５６】
再び図５を参照すると、制御信号生成部４４は、動作させる電圧変換回路に供給されるイネーブル信号を活性化すると共に、動作させない電圧変換回路に供給されるイネーブル信号を非活性化する。動作させる複数チャンネルの電圧変換回路において出力電力を略等しくする場合には、制御信号生成部４４が、それらの電圧変換回路に同一の駆動信号を供給することによって、図４に示すのと同様の動作を実現することができる。
【００５７】
以上の説明においては、電圧変換回路として、トランスを用いる絶縁型スイッチング電源回路を例にとって説明したが、トランスの替わりにチョークコイルを用いる非絶縁型スイッチング電源回路を適用しても良い。また、本発明に係る電源装置は、図１に示すようなスイッチング電源装置のみならず、太陽電池や燃料電池を直流入力として用いる商用インバータの前段部分に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、スイッチング動作によって電圧変換を行う電源装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電源装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】複数チャンネルの電圧変換回路の出力電力の変化例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電源装置の制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図６】図１に示す駆動回路の例を示す図である。
【図７】特許文献１に記載されているＤＣ／ＤＣコンバータを模式的に示す図である。
【図８】図７に示すＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２  入力端子
３、４  出力端子
１０  整流平滑回路
１１〜１４  電圧変換回路
２０  トランス
２１  １次側巻線
２２  ２次側巻線
２３  コア
２４  スイッチング素子
２５  駆動回路
２６  ダイオード
２７  コンデンサ
３０  出力合成回路
３１〜３４  ダイオード
４０  制御部
４１  格納部
５０  入力電圧検出回路
６０  出力電圧検出回路
７１〜７４  入力電流検出回路
８１〜８４  出力電流検出回路
９１  レベルシフタ
９２、９３  反転回路
９４  スイッチ回路
【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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