(57)【要約】【課題】回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つこと。【解決手段】変化速度算出部１１０は、負荷回路に流れる出力電流の電流値を監視し、電流値の変化速度を算出する。補正量取得部１２０は、出力電流の変化速度に対応するデューティ比の補正量を補正量テーブル４１から読み出す。基準電圧比較部１３０は、負荷回路に印加される出力電圧の電圧値と所定の基準電圧の電圧値とを比較し、比較結果をデューティ比決定部１４０へ通知する。デューティ比決定部１４０は、電圧値の比較結果に応じたフィードバック制御を実行し、デューティ比を修正する。さらに、デューティ比決定部１４０は、デューティ比の修正を行った後、補正量取得部１２０によって取得された補正量分だけデューティ比を補正する。【選択図】        図２
2009291006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された出力電流の変化速度を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された変化速度に応じて前記変換手段におけるデューティ比を決定する決定手段と
を有することを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
前記決定手段は、
前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧が所定の基準電圧に等しくなるようにデューティ比を修正するフィードバック手段を含むことを特徴とする請求項１記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度に対応するデューティ比の補正量を取得する補正量取得手段をさらに含み、
前記フィードバック手段によって修正されたデューティ比を前記補正量取得手段によって取得された補正量分だけ補正することを特徴とする請求項２記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記補正量取得手段は、
変化速度が所定の閾値速度以下である場合は、補正量として０を取得する一方、変化速度が所定の閾値速度以上である場合は、補正量として変化速度に応じた値を取得することを特徴とする請求項３記載の電圧変換装置。
【請求項５】
前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する判定手段をさらに含み、
前記判定手段による判定の結果、変化速度が所定の閾値速度以上である場合に、前記フィードバック手段のループゲインを増大させることを特徴とする請求項２記載の電圧変換装置。
【請求項６】
前記フィードバック手段は、
出力電圧と所定の基準電圧を比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、出力電圧と所定の基準電圧との差分に応じてデューティ比を修正する修正手段と
を含むことを特徴とする請求項２記載の電圧変換装置。
【請求項７】
前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度に対応し、出力電流の変化に伴う出力電圧の増減の予測値を示す電圧変化量を取得する電圧変化量取得手段と、
前記電圧変化量取得手段によって取得された電圧変化量分だけ前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧を補正する出力電圧補正手段とをさらに含み、
前記フィードバック手段は、
前記出力電圧補正手段による補正後の出力電圧が所定の基準電圧に等しくなるようにデューティ比を修正する
ことを特徴とする請求項２記載の電圧変換装置。
【請求項８】
前記電圧変化量取得手段は、
変化速度が所定の閾値速度以下である場合は、電圧変化量として０を取得する一方、変化速度が所定の閾値速度以上である場合は、電圧変化量として変化速度に応じた値を取得することを特徴とする請求項７記載の電圧変換装置。
【請求項９】
複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにて変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定された出力電流の変化速度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップと
を有することを特徴とする電圧変換方法。
【請求項１０】
複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を負荷回路に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータのデューティ比を決定するデューティ比決定プログラムであって、コンピュータに、
デューティ比に対応する出力電圧が印加された負荷回路に流れる出力電流の電流値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得された電流値の変化速度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップと
を実行させることを特徴とするデューティ比決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置、電圧変換方法、およびデューティ比決定プログラムに関し、特に、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる電圧変換装置、電圧変換方法、およびデューティ比決定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流電源や交流電源などの電源から負荷回路へ電圧を供給する際には、負荷回路を動作させるのに必要な電圧が安定して供給されるように、スイッチングコンバータが用いられることがある。スイッチングコンバータは、高速にスイッチングするトランジスタなどのスイッチング素子を備えており、スイッチング素子のデューティ比やスイッチングの周波数を制御することで、電源から入力される電源電圧を所望の出力電圧に変換するコンバータである。
【０００３】
図１４は、直流電源１１の電源電圧Ｖinを負荷回路１６に印加される出力電圧Ｖ0に変換する一般的なＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す図である。同図に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、トランジスタ１２、トランジスタ１３、コイル１４、コンデンサ１５、オペアンプ１７、およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）回路１８を有している。図１４に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷回路１６へ流れる出力電流ｉ0が負荷回路１６の動作状況によって変化しても、常に一定の出力電圧Ｖ0を出力するスイッチングコンバータである。
【０００４】
トランジスタ１２およびトランジスタ１３は、互いに背反動作し、一方が導通状態であるときは、他方が遮断状態となる。そして、トランジスタ１２が導通状態である時間が長いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧Ｖ0が増大する。トランジスタ１２、１３における導通状態および遮断状態の切り替えは、ＰＷＭ回路１８から出力されるパルスによって制御される。すなわち、ＰＷＭ回路１８から出力されるパルスがオンの間はトランジスタ１２が導通状態となり、パルスがオフの間はトランジスタ１３が導通状態となる。
【０００５】
トランジスタ１２、１３のスイッチングにより所望の矩形電圧が得られると、コイル１４およびコンデンサ１５によって電圧が整流および平滑化された上で、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力電圧Ｖ0が出力される。また、出力電圧Ｖ0は、フィードバックループに設けられたオペアンプ１７にも入力される。オペアンプ１７においては、出力電圧Ｖ0および基準電圧が差動増幅され、差分がＰＷＭ回路１８へフィードバックされる。
【０００６】
ＰＷＭ回路１８は、オペアンプ１７からのフィードバックに応じて、トランジスタ１２、１３の導通状態および遮断状態を切り替えるパルス幅を調整し、２つのトランジスタ１２、１３の導通状態および遮断状態を制御する。具体的には、ＰＷＭ回路１８は、出力電圧Ｖ0が基準電圧より大きく、オペアンプ１７から出力される差分が正であれば、デューティ比を小さくして、トランジスタ１２が導通状態となる時間を短くする。一方、ＰＷＭ回路１８は、出力電圧Ｖ0が基準電圧より小さく、オペアンプ１７から出力される差分が負であれば、デューティ比を大きくして、トランジスタ１２が導通状態となる時間を長くする。
【０００７】
このようなフィードバック制御により、出力電圧Ｖ0と基準電圧が常に一致するようにデューティ比が調整される。結果として、たとえ負荷回路１６に流れる出力電流ｉ0が変化しても、出力電圧Ｖ0が常に一定に保たれ、負荷回路１６が動作するのに必要な電圧を確保することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２２７８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、スイッチングコンバータからの出力電圧が供給される負荷回路において、急激な電流変化がある場合には、スイッチングコンバータにおけるフィードバック制御が十分に追従することができず、一時的な出力電圧の低下や上昇を招くという問題がある。具体的には、例えば図１４に示した負荷回路１６に流れる出力電流ｉ0が急激に変化する場合には、オペアンプ１７およびＰＷＭ回路１８によるフィードバック制御が間に合わず、一時的に出力電圧Ｖ0が負荷回路１６の許容範囲を超えてしまうことがある。
【００１０】
特に、近年では、地球環境への配慮などの理由により、負荷回路１６のアイドリング時に流れる待機電流を極力小さくする傾向がある。このため、アイドリング状態から動作状態へ切り替わる際には、例えば１０〜数１００Ａ／μＳ（アンペア／マイクロ秒）程度の急激な速度で負荷回路１６に流れる出力電流ｉ0が増加する。結果として、図１４に示したオペアンプ１７およびＰＷＭ回路１８の応答が遅延し、出力電圧Ｖ0が一時的に低下してしまうことがある。
【００１１】
すなわち、例えば図１５に示すように、出力電流ｉ0が急激に増加すると、出力電圧Ｖ0は、電圧ＶCから電圧ＶC´にまで低下する。このとき、電圧ＶC´が負荷回路１６の動作電圧に満たなければ、負荷回路１６の誤動作や動作停止が発生する虞がある。また反対に、出力電流ｉ0が急激に減少すると、出力電圧Ｖ0は一時的に上昇し、負荷回路１６に過剰な電圧が印加され、負荷回路１６内の増幅器の発振などが引き起こされる可能性がある。
【００１２】
通常、出力電流ｉ0の変化に関しては、図１４に示したコンデンサ１５が電流を供給する役割を果たしており、多少の出力電流ｉ0の変化であれば、コンデンサ１５に蓄えられた電荷によって出力電圧Ｖ0の増減は抑制される。しかし、出力電流ｉ0の変化量が大きい場合には、コンデンサ１５を大容量化したり、多数のコンデンサ１５を配置したりするなどの対策が必要となる。したがって、急激かつ比較的大きな出力電流ｉ0の変化を考慮すると、スイッチングコンバータ内の回路規模やコストが増大してしまう。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる電圧変換装置、電圧変換方法、およびデューティ比決定プログラム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】
【００１４】
上記課題を解決するために、電圧変換装置は、複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された出力電流の変化速度を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された変化速度に応じて前記変換手段におけるデューティ比を決定する決定手段とを有する構成を採る。
【００１５】
また、電圧変換方法は、複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換ステップと、前記変換ステップにて変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定ステップと、前記測定ステップにて測定された出力電流の変化速度を算出する算出ステップと、前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップとを有するようにした。
【００１６】
また、デューティ比決定プログラムは、複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を負荷回路に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータのデューティ比を決定するデューティ比決定プログラムであって、コンピュータに、デューティ比に対応する出力電圧が印加された負荷回路に流れる出力電流の電流値を取得する取得ステップと、前記取得ステップにて取得された電流値の変化速度を算出する算出ステップと、前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップとを実行させるようにした。
【００１７】
これらによれば、出力電流の急激な変化に伴う出力電圧の増減をあらかじめ想定して、デューティ比を決定することができる。換言すれば、大容量のコンデンサなどの付加的な回路を設けなくても、出力電流および出力電圧の変化にデューティ比を追従させることができ、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本明細書に開示された電圧変換装置、電圧変換方法、およびデューティ比決定プログラムによれば、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下においては、スイッチングコンバータの一例として直流電源に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータについて説明するが、本発明は、交流電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータなどにも同様に適用することができる。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。同図において、図１４に示した一般的なＤＣ／ＤＣコンバータと同じ部分には同じ符号を付している。図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源１１の電源電圧を負荷回路１６に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータである。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランジスタ１２、トランジスタ１３、コイル１４、コンデンサ１５、電流センサ２０、ＡＤＣ（Analogue Digital Converter：アナログ／デジタル変換器）３０−１、ＡＤＣ３０−２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１００、メモリ４０、およびドライバ５０を有している。
【００２１】
トランジスタ１２およびトランジスタ１３は、互いに背反動作し、一方が導通状態であるときは、他方が遮断状態となる。そして、トランジスタ１２が導通状態である時間が長いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧が増大する。トランジスタ１２、１３における導通状態および遮断状態の切り替えは、ドライバ５０から出力されるパルスによって制御される。すなわち、ドライバ５０から出力されるパルスがオンの間はトランジスタ１２が導通状態となり、パルスがオフの間はトランジスタ１３が導通状態となる。コイル１４およびコンデンサ１５は、トランジスタ１２、１３のスイッチングにより所望の矩形電圧が得られると、電圧を整流および平滑化する。
【００２２】
なお、直流電源１１は、直流の電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷回路１６へ供給する。また、負荷回路１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が印加されると、様々な動作をする回路である。負荷回路１６に印加される出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、所定の動作電圧以上の一定の電圧に保たれている。
【００２３】
電流センサ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータから負荷回路１６へ出力される出力電流を測定し、測定した出力電流の電流値をＡＤＣ３０−１へ通知する。具体的には、電流センサ２０は、例えば抵抗値が既知の抵抗素子を備えており、抵抗素子に印加される電圧と抵抗値から出力電流を算出してＡＣＤ３０−１へ通知する。なお、電流センサ２０は、抵抗素子の代わりに、ホール素子を備えていても良い。ホール素子を用いる場合には、磁界から出力電流を測定することができるため、抵抗素子を用いる場合と比べて、電流センサ２０における電圧降下を防止することができる。
【００２４】
ＡＤＣ３０−１は、電流センサ２０から通知される出力電流の電流値をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤＣ３０−１は、変換後の電流値をＤＳＰ１００へ出力する。同様に、ＡＤＣ３０−２は、ＤＣ／ＤＣコンバータから負荷回路１６へ出力される出力電圧の電圧値をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤＣ３０−２は、変換後の電圧値をＤＳＰ１００へ出力する。
【００２５】
メモリ４０は、ＤＳＰ１００によって利用される種々の情報を記憶する記憶部である。後述するように、メモリ４０は、例えば出力電流の変化速度とドライバ５０から出力されるパルスのデューティ比の補正量とを対応付けた補正量テーブルを記憶している。ドライバ５０は、ＤＳＰ１００によって決定されるデューティ比に従ったパルスをトランジスタ１２、１３へ出力し、トランジスタ１２、１３の導通・遮断を制御する。具体的には、ドライバ５０は、パルスがオンの間はトランジスタ１２を導通状態とし、パルスがオフの間はトランジスタ１３を導通状態とする。ドライバ５０が出力するパルスのオンとオフの時間の比がデューティ比であり、本実施の形態においては、デューティ比がＤＳＰ１００によって決定される。
【００２６】
ＤＳＰ１００は、ＡＤＣ３０−１から出力される電流値とＡＤＣ３０−２から出力される電圧値とに基づいて、ドライバ５０から出力されるパルスのデューティ比を決定する。すなわち、ＤＳＰ１００は、出力電圧が常に一定値となるようにフィードバック制御を行うと同時に、出力電流の変化が所定の基準より急激である場合には、フィードバック制御によって修正されるデューティ比をさらに補正する。
【００２７】
具体的には、ＤＳＰ１００の内部構成は、図２に示すようになっている。すなわち、ＤＳＰ１００は、変化速度算出部１１０、補正量取得部１２０、基準電圧比較部１３０、およびデューティ比決定部１４０を有している。また、メモリ４０は、補正量テーブル４１を記憶している。
【００２８】
変化速度算出部１１０は、ＡＤＣ３０−１から出力される電流値を監視し、電流値の変化速度を算出する。変化速度算出部１１０が算出する変化速度が所定の閾値速度より大きければ、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧が急激に低下または上昇すると考えられ、フィードバック制御が出力電圧の増減に追従できない可能性がある。
【００２９】
補正量取得部１２０は、変化速度算出部１１０によって算出された変化速度に対応するデューティ比の補正量を補正量テーブル４１から読み出し、デューティ比決定部１４０へ出力する。すなわち、補正量取得部１２０は、出力電圧のフィードバック制御のみでは修正しきれないデューティ比について、出力電流の変化速度に対応する補正量を取得する。
【００３０】
基準電圧比較部１３０は、ＡＤＣ３０−２から出力される電圧値と所定の基準電圧の電圧値とを比較し、比較結果をデューティ比決定部１４０へ通知する。このとき、基準電圧比較部１３０は、負荷回路１６に供給すべき出力電圧に対応する電圧値を基準電圧として用いる。したがって、基準電圧比較部１３０は、負荷回路１６によって必要とされる電圧がＤＣ／ＤＣコンバータから適正に出力されているか否かを判定していることになる。
【００３１】
デューティ比決定部１４０は、基準電圧比較部１３０から通知された電圧値の比較結果に応じてデューティ比を修正する。すなわち、デューティ比決定部１４０は、出力電圧と基準電圧が等しい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が適正な電圧値となっていることから、電圧値の比較結果に基づくデューティ比の変更は行わない。また、デューティ比決定部１４０は、出力電圧が基準電圧未満に低下している場合には、出力電圧を上昇させる必要があるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が長くなるようにデューティ比を修正する。反対に、デューティ比決定部１４０は、出力電圧が基準電圧を超えて上昇している場合には、出力電圧を低下させる必要があるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が短くなるようにデューティ比を修正する。
【００３２】
さらに、デューティ比決定部１４０は、出力電圧と基準電圧の比較結果に応じてデューティ比の修正を行った後、補正量取得部１２０によって取得された補正量分だけデューティ比を補正する。すなわち、デューティ比決定部１４０は、出力電圧が基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御を行ってデューティ比を修正すると同時に、出力電流の変化速度に応じてデューティ比を補正する。したがって、たとえ出力電圧と基準電圧が等しくても、出力電流の変化速度が大きく出力電圧が低下または上昇すると考えられるときは、デューティ比決定部１４０は、出力電圧の低下または上昇を防止するようにデューティ比を補正する。
【００３３】
補正量テーブル４１は、出力電流の変化速度に対応するデューティ比の補正量を保持している。具体的には、補正量テーブル４１は、閾値速度以下の変化速度に対しては０をデューティ比の補正量として保持し、閾値速度より大きい変化速度に対しては変化速度の大きさに応じた補正量を保持する。すなわち、補正量テーブル４１は、例えば図３に示すように、閾値速度Ｐまでの変化速度に対応する補正量を０とし、閾値速度Ｐを超える変化速度に対応する補正量をそれぞれの変化速度に応じた値としている。このため、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下である場合には、デューティ比の補正が行われないことになる。
【００３４】
なお、図３においては、出力電流の変化速度に対応する補正量の大きさのみを示している。したがって、実際のデューティ比の補正に際しては、変化速度に対応する補正量が加算されたり減算されたりすることになる。具体的には、出力電流が急激に上昇した場合には、デューティ比決定部１４０は、フィードバック制御によって修正されたデューティ比に補正量を加算する。これにより、トランジスタ１２が導通状態となる時間が長くなるようにデューティ比が補正され、出力電圧の低下が防止される。また、出力電流が急激に低下した場合には、デューティ比決定部１４０は、フィードバック制御によって修正されたデューティ比から補正量を減算する。これにより、トランジスタ１２が導通状態となる時間が短くなるようにデューティ比が補正され、出力電圧の上昇が防止される。
【００３５】
次いで、上記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧変換方法について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。図４は、主にＤＳＰ１００の処理を示すフロー図である。
【００３６】
トランジスタ１２、１３がドライバ５０から出力されるパルスに従ってスイッチングされると、直流電源１１からの電源電圧がパルスのデューティ比に応じた出力電圧に変換され、出力電圧は、コイル１４およびコンデンサ１５によって整流および平滑化された上で負荷回路１６に印加される。
【００３７】
このとき、出力電圧に伴う出力電流は、電流センサ２０によって測定され、測定された電流値がＡＤＣ３０−１によってデジタル信号に変換される。また、出力電圧の電圧値は、ＡＤＣ３０−２によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された出力電流および出力電圧の電流値および電圧値は、ＤＳＰ１００によって取得される（ステップＳ１０１）。すなわち、出力電流の電流値は、変化速度算出部１１０へ入力され、出力電圧の電圧値は、基準電圧比較部１３０へ入力される。
【００３８】
そして、変化速度算出部１１０によって、出力電流の変化速度が算出される（ステップＳ１０２）。換言すれば、変化速度算出部１１０によって、出力電流の電流値が監視され、出力電流が急激に変化しているか否かの指標となる変化速度が算出される。ここでは、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きいと、フィードバック制御が出力電圧の増減に追従できなくなるものとして説明を続ける。
【００３９】
変化速度算出部１１０によって算出された変化速度は、補正量取得部１２０へ出力され、補正量取得部１２０によって、変化速度に対応する補正量が補正量テーブル４１から取得される（ステップＳ１０３）。すなわち、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下である場合には、補正量取得部１２０によって、デューティ比の補正量として０が取得される。また、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合には、補正量取得部１２０によって、変化速度に応じたデューティ比の補正量が取得される。補正量取得部１２０によって取得されたデューティ比の補正量は、デューティ比決定部１４０へ出力される。
【００４０】
一方、出力電圧の電圧値が基準電圧比較部１３０へ入力されると、基準電圧比較部１３０によって、出力電圧と基準電圧とが比較される（ステップＳ１０４）。ここで、基準電圧の電圧値は、負荷回路１６へ供給すべき電圧値に対応するため、出力電圧と基準電圧が等しければ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は適正であることになる。したがって、出力電圧と基準電圧が等しい場合には（ステップＳ１０４Ｙｅｓ）、その旨の比較結果が基準電圧比較部１３０からデューティ比決定部１４０へ通知され、出力電圧に基づくデューティ比の修正が行われることはない。
【００４１】
反対に、出力電圧と基準電圧が等しくない場合には（ステップＳ１０４Ｎｏ）、出力電圧と基準電圧の差分を含む比較結果が基準電圧比較部１３０からデューティ比決定部１４０へ通知され、出力電圧と基準電圧の差分を０にするようにデューティ比が修正される（ステップＳ１０５）。すなわち、出力電圧が基準電圧より小さければ、デューティ比決定部１４０によって、トランジスタ１２が導通状態となる時間が長くなるように、デューティ比が修正される。また、出力電圧が基準電圧より大きければ、デューティ比決定部１４０によって、トランジスタ１２が導通状態となる時間が短くなるように、デューティ比が修正される。
【００４２】
以上の処理は、出力電圧のフィードバック制御であり、出力電圧が実際に基準電圧より小さくなったり大きくなったりした場合に、出力電圧が基準電圧と等しくなるようにデューティ比を修正する処理である。しかし、負荷回路１６に流れる出力電流が急激に変化する場合には、出力電圧が実際に変化してからフィードバック制御によってデューティ比を修正しても間に合わず、負荷回路１６の許容範囲外の電圧値にまで出力電圧が低下または上昇してしまうことがある。そこで、本実施の形態においては、上述したように出力電流の変化速度に対応する補正量が補正量取得部１２０によって取得されており、取得された補正量がデューティ比決定部１４０へ出力されている。
【００４３】
補正量取得部１２０から出力されるデューティ比の補正量は、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きいか否かによって、変化速度に応じた値であるか０であるかが異なっている。このため、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きいか否かによって、デューティ比決定部１４０によるデューティ比の決定方法が異なる（ステップＳ１０６）。つまり、変化速度が閾値速度Ｐ以下である場合には（ステップＳ１０６Ｎｏ）、補正量取得部１２０から出力される補正量が０であるため、デューティ比は、出力電圧と基準電圧の比較に基づくフィードバック制御のみによって決定されることになる。
【００４４】
反対に、変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合には（ステップＳ１０６Ｙｅｓ）、補正量取得部１２０から出力された補正量が変化速度に応じた値であるため、フィードバック制御によって修正されたデューティ比が補正量分だけさらに補正される（ステップＳ１０７）。つまり、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きく、出力電流が急激に変化する場合には、出力電圧と基準電圧の比較に基づくフィードバック制御とは別に、デューティ比が補正される。具体的には、出力電流が急激に上昇する場合には、デューティ比決定部１４０によって、トランジスタ１２が導通状態となる時間を長くするようにデューティ比が補正される。また、出力電流が急激に低下する場合には、デューティ比決定部１４０によって、トランジスタ１２が導通状態となる時間を短くするようにデューティ比が補正される。
【００４５】
結果として、たとえ出力電圧と基準電圧が等しく、デューティ比決定部１４０においてフィードバック制御によるデューティ比の修正が行われなくても、出力電流の変化が急激であれば、デューティ比が補正される。このため、出力電圧の増減に対してフィードバック制御が追従できなくなる程度の急激な出力電流の変化がある場合でも、出力電圧を一定に保つことができ、確実に負荷回路１６へ許容範囲内の電圧を供給することができる。また、上記の処理のために、ＤＣ／ＤＣコンバータには、電流センサ２０、ＡＤＣ３０−１、ＡＤＣ３０−２、ＤＳＰ１００、およびメモリ４０が新たに付加される。しかし、これによる回路規模の増大は、ＤＣ／ＤＣコンバータに大容量のコンデンサを付加する場合に比べて小さい。したがって、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００４６】
次に、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合と閾値速度Ｐ以下である場合とのデューティ比の変化について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態に係るデューティ比の変化の例を示す図である。図５の上図は、出力電流が急激に上昇する場合のデューティ比の変化を示し、図５の下図は、出力電流が緩やかに上昇する場合のデューティ比の変化を示す。
【００４７】
図５上図に示すように、時間Ｔ2において出力電流が急激に上昇する場合は、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きく、補正量テーブル４１から取得された補正量によってデューティ比が補正されることになる。具体的には、時間Ｔ1においては、出力電流が一定であるため、出力電流の変化速度は閾値速度Ｐ以下であり、デューティ比決定部１４０へ入力される補正量は０である。したがって、時間Ｔ1においては、デューティ比決定部１４０は、基準電圧比較部１３０による出力電圧と基準電圧との比較結果に従ったフィードバック制御のみを実行する。
【００４８】
そして、時間Ｔ2においては、出力電流が急激に上昇し、変化速度が閾値速度Ｐより大きくなるため、補正量取得部１２０によって、トランジスタ１２を導通状態とする時間を長くする補正量が取得され、デューティ比決定部１４０へ入力される。したがって、時間Ｔ2においては、デューティ比決定部１４０は、フィードバック制御によって修正された後のデューティ比に補正量を加える補正を行う。このため、時間Ｔ1と時間Ｔ2のデューティ比を比べると、時間Ｔ2に入った時点で、トランジスタ１２を導通状態とする時間に対応するパルス幅が急激に大きくなっている。つまり、出力電流の上昇に付随して出力電圧が実際に低下するよりも早く、出力電圧の低下を想定したデューティ比の補正が行われている。これにより、出力電流が急激に増加した場合でも、出力電圧が低下することなく一定に保たれることになる。
【００４９】
なお、デューティ比決定部１４０は、デューティ比を一度調整すると、次に調整が必要となるまでは、調整されたデューティ比を維持する。したがって、デューティ比決定部１４０は、時間Ｔ2に入った時点でデューティ比を補正すると、以後は、補正後のデューティ比に対してフィードバック制御による修正や出力電流の変化速度に応じた補正を行うことになる。
【００５０】
そして、時間Ｔ3においては、出力電流が再び一定となるため、出力電流の変化速度は閾値速度Ｐ以下であり、デューティ比決定部１４０へ入力される補正量は０である。したがって、時間Ｔ3においては、デューティ比決定部１４０は、基準電圧比較部１３０による出力電圧と基準電圧との比較結果に従ったフィードバック制御のみを実行する。このとき、上述したように、デューティ比決定部１４０は、一度調整されたデューティ比を維持するため、時間Ｔ2における補正後のデューティ比が維持されており、時間Ｔ3に入った時点でデューティ比が突然変化することはない。そして、デューティ比が維持されるため、時間Ｔ3においては、時間Ｔ1の間より出力電流が大きくなるが、出力電圧は一定に保たれることになる。
【００５１】
一方、図５下図に示すように、出力電流が緩やかに上昇する場合は、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下であり、補正量テーブル４１から取得される補正量は０である。すなわち、出力電流の変化が緩やかであるため、デューティ比決定部１４０へ入力される補正量は０である。したがって、デューティ比決定部１４０は、出力電流の変化速度に基づくデューティ比の補正を実行せず、基準電圧比較部１３０による出力電圧と基準電圧との比較結果に従ったフィードバック制御のみを実行する。これにより、図５下図では、出力電圧が徐々に上昇するのに伴って、トランジスタ１２を導通状態とする時間が徐々に長くなっている。
【００５２】
このように、出力電流の変化が緩やかである場合は、補正量取得部１２０からデューティ比決定部１４０へ出力される補正量が０であるため、デューティ比決定部１４０は、基準電圧比較部１３０における比較結果からフィードバック制御のみを実行する。しかし、出力電流の変化が緩やかであり、出力電圧も急激に変化しないことから、フィードバック制御が十分に追従することができ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態によれば、負荷回路へ流れるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を測定し、出力電流の変化速度が閾値速度より大きくなると、出力電圧のフィードバック制御によって修正されるデューティ比をさらに補正する。このため、出力電流の急激な変化に伴う出力電圧の増減をあらかじめ想定して、デューティ比を決定することができる。換言すれば、大容量のコンデンサなどの付加的な回路を設けなくても、出力電流および出力電圧の変化にデューティ比を追従させることができ、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、出力電流の変化速度が閾値速度より大きい場合に、フィードバック制御を実行するフィードバックループのループゲインを調整し、出力電圧と基準電圧の差分が小さくても、通常より大きくデューティ比を修正することである。
【００５５】
本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、実施の形態１に係るＤＳＰ１００をＤＳＰ２００に代えた構成を有している。
【００５６】
図６は、本実施の形態に係るＤＳＰ２００の内部構成を示すブロック図である。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６に示すＤＳＰ２００は、図２に示すＤＳＰ１００の補正量取得部１２０およびデューティ比決定部１４０に代えて、ループゲイン調整部２１０およびデューティ比決定部２２０を有している。
【００５７】
ループゲイン調整部２１０は、変化速度算出部１１０によって算出された変化速度を所定の閾値速度と比較し、変化速度が所定の閾値速度より大きい場合に、デューティ比決定部２２０におけるフィードバック制御のゲイン（ループゲイン）を増大させる。すなわち、ループゲイン調整部２１０は、出力電流が急激に変化する場合に、出力電圧の微小な変化に対してもフィードバック制御の応答が大きくなるように、ループゲインを増大させる。このとき、ループゲイン調整部２１０は、あらかじめ定められた所定量だけループゲインを増大させても良いし、出力電流の変化速度に応じた量だけループゲインを増大させても良い。
【００５８】
デューティ比決定部２２０は、基準電圧比較部１３０から通知された電圧値の比較結果に応じてデューティ比を修正する。すなわち、デューティ比決定部２２０は、出力電圧と基準電圧が等しい場合には、電圧値の比較結果に基づくデューティ比の変更は行わない。また、デューティ比決定部２２０は、出力電圧が基準電圧未満に低下している場合には、出力電圧を上昇させる必要があるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が長くなるようにデューティ比を修正する。反対に、デューティ比決定部２２０は、出力電圧が基準電圧を超えて上昇している場合には、出力電圧を低下させる必要があるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が短くなるようにデューティ比を修正する。
【００５９】
このとき、デューティ比決定部２２０は、出力電圧と基準電圧の差分にループゲインを乗じた量だけデューティ比を修正する。したがって、デューティ比決定部２２０は、ループゲインが大きければ、出力電圧と基準電圧の差分が微小でもデューティ比を大きく変更することになる。換言すれば、デューティ比決定部２２０は、ループゲイン調整部２１０によってループゲインが増大するように調整されると、通常よりもフィードバック制御の応答を大きくする。
【００６０】
次いで、上記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧変換方法について、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。図７は、主にＤＳＰ２００の処理を示すフロー図である。同図に置いて、図４と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００６１】
トランジスタ１２、１３がドライバ５０から出力されるパルスに従ってスイッチングされると、直流電源１１からの電源電圧がパルスのデューティ比に応じた出力電圧に変換され、出力電圧は、コイル１４およびコンデンサ１５によって整流および平滑化された上で負荷回路１６に印加される。
【００６２】
このとき、出力電圧に伴う出力電流は、電流センサ２０によって測定され、測定された電流値がＡＤＣ３０−１によってデジタル信号に変換される。また、出力電圧の電圧値は、ＡＤＣ３０−２によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された出力電流および出力電圧の電流値および電圧値は、それぞれ変化速度算出部１１０および基準電圧比較部１３０によって取得される（ステップＳ１０１）。そして、変化速度算出部１１０によって、出力電流の変化速度が算出される（ステップＳ１０２）。ここでは、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きいと、フィードバック制御が出力電圧の増減に追従できなくなるものとして説明を続ける。
【００６３】
変化速度算出部１１０によって算出された変化速度は、ループゲイン調整部２１０へ出力され、ループゲイン調整部２１０によって、変化速度が閾値速度Ｐより大きいか否かが判定される（ステップＳ２０１）。上述したように、変化速度が閾値速度Ｐより大きいと、フィードバック制御が追従できなくなるため、この判定は、フィードバック制御が出力電圧の増減に追従できず、出力電圧が一定でなくなるか否かの判定に他ならない。
【００６４】
この判定の結果、変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合には（ステップＳ２０１Ｙｅｓ）、ループゲイン調整部２１０によって、デューティ比決定部２２０におけるフィードバック制御のゲインが増大するように調整される（ステップＳ２０２）。これにより、出力電圧のフィードバック制御を行うフィードバックループのループゲインが増大し、出力電圧と基準電圧の差分が微小でも、デューティ比は大きく修正されることになる。
【００６５】
また、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下の場合には（ステップＳ２０１Ｎｏ）、ループゲイン調整部２１０によってフィードバックループのループゲインが調整されることはない。したがって、この場合には、出力電圧と基準電圧の差分が微小であれば、デューティ比も小さく修正されるのみである。
【００６６】
一方、出力電圧の電圧値が基準電圧比較部１３０へ入力されると、基準電圧比較部１３０によって、出力電圧と基準電圧とが比較される（ステップＳ１０４）。比較の結果、出力電圧と基準電圧が等しい場合には（ステップＳ１０４Ｙｅｓ）、その旨の比較結果が基準電圧比較部１３０からデューティ比決定部２２０へ通知され、出力電圧に基づくデューティ比の修正が行われることはない。
【００６７】
反対に、出力電圧と基準電圧が等しくない場合には（ステップＳ１０４Ｎｏ）、出力電圧と基準電圧の差分を含む比較結果が基準電圧比較部１３０からデューティ比決定部２２０へ通知され、電圧値の差分にループゲインを乗じた量だけデューティ比が修正される（ステップＳ２０３）。すなわち、ループゲイン調整部２１０によってループゲインの調整が行われていない場合は、出力電圧と基準電圧の実際の差分に応じてデューティ比が修正される。また、ループゲイン調整部２１０によってループゲインの調整が行われている場合は、出力電圧と基準電圧の差分が実際よりも大きいものとしてデューティ比が修正される。
【００６８】
したがって、ループゲインが調整されている場合は、出力電圧と基準電圧の差分が微小であっても、差分が大きい場合と同様にデューティ比が修正され、フィードバック制御の応答が大きくなる。ここで、ループゲインが調整されるのは、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合であるため、出力電流の変化が急激な場合に、実際の出力電圧の増減に対するよりもフィードバック制御の応答が大きくなることになる。したがって、出力電流の急激な変化に付随して出力電圧が増減する場合、出力電圧が少しでも変化するとデューティ比が大きく修正される。結果として、出力電流の急激な変化に付随する出力電圧の大きな増減を想定して、デューティ比が修正されることになり、出力電圧の増減に対するフィードバック制御の遅延を抑制することができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、負荷回路へ流れるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を測定し、出力電流の変化速度が閾値速度より大きくなると、出力電圧のフィードバック制御におけるループゲインを増大させる。このため、出力電流が急激に変化した場合には、出力電圧の増減に対してフィードバック制御の応答が大きくなり、出力電流の急激な変化に伴う出力電圧の増減をあらかじめ想定して、デューティ比を決定することができる。換言すれば、大容量のコンデンサなどの付加的な回路を設けなくても、出力電流および出力電圧の変化にデューティ比を追従させることができ、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００７０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の特徴は、アナログ回路を用いたフィードバック制御を実行するとともに、出力電流の変化速度に応じたデューティ比の補正を行うことである。
【００７１】
図８は、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。同図において、図１および図１４と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源１１の電源電圧を負荷回路１６に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータである。具体的には、図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータのＡＤＣ３０−２およびＤＳＰ１００に代えて、オペアンプ６１、コンパレータ６２、ＤＳＰ３００、および合成部３５０を有している。
【００７２】
オペアンプ６１は、負荷回路１６に印加されるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と基準電圧とを差動増幅する差動増幅器であり、差動増幅により得られた出力電圧と基準電圧の差分をコンパレータ６２へ出力する。コンパレータ６２は、オペアンプ６１から出力される差分とパルス生成のための基準波形との比較によりデューティ比を修正し、修正後のデューティ比を合成部３５０へ出力する。すなわち、オペアンプ６１およびコンパレータ６２は、出力電圧と基準電圧の比較に基づいてデューティ比を修正するフィードバック制御を実行する。
【００７３】
ここで、オペアンプ６１およびコンパレータ６２によるデューティ比の修正について、図９を参照しながら説明する。図９上段は、出力電圧と基準電圧が等しく、オペアンプ６１から出力される出力電圧と基準電圧の差分△Ｖが０の場合のデューティ比を示している。この場合、コンパレータ６２によって、差分△Ｖが三角波または鋸歯波などの基準波形と比較され、基準波形のレベルが差分△Ｖ以上となる時間がパルスのオンに相当し、差分△Ｖ以下となる時間がパルスのオフに相当するデューティ比となっている。
【００７４】
この状態から、例えば出力電圧が過大になると、オペアンプ６１から出力される差分△Ｖは０より大きくなる。したがって、図９の左下段に示すように、差分△Ｖが基準波形の最大レベル方向へ移動し、基準波形のレベルが差分△Ｖ以上となる時間が短くなる。結果として、パルスのオンに相当する時間が短くなるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が短くなり、過大となっている出力電圧を低下させることができる。
【００７５】
同様に、例えば出力電圧が過小になると、オペアンプ６１から出力される差分△Ｖは０より小さくなる。したがって、図９の右下段に示すように、差分△Ｖが基準波形の最小レベル方向へ移動し、基準波形のレベルが差分△Ｖ以上となる時間が長くなる。結果として、パルスのオンに相当する時間が長くなるため、トランジスタ１２が導通状態となる時間が長くなり、過小となっている出力電圧を上昇させることができる。
【００７６】
図８に戻って、ＤＳＰ３００は、ＡＤＣ３０−１から出力される電流値の変化速度に対応するデューティ比の補正量をメモリ４０から取得し、合成部３５０へ出力する。すなわち、ＤＳＰ３００は、出力電流の変化が所定の基準より急激である場合に、オペアンプ６１およびコンパレータ６２によってフィードバック制御されたデューティ比に対する補正量を得る。
【００７７】
具体的には、ＤＳＰ３００の内部構成は、図１０に示すようになっている。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付している。図１０に示すように、ＤＳＰ３００は、図２に示したＤＳＰ１００内の変化速度算出部１１０および補正量取得部１２０のみを有している。また、メモリ４０は、図２と同様に、補正量テーブル４１を記憶している。図１０に示す変化速度算出部１１０および補正量取得部１２０は、図２に示した変化速度算出部１１０および補正量取得部１２０と同様の処理を行う。すなわち、変化速度算出部１１０は、ＡＤＣ３０−１から出力される電流値を監視し、電流値の変化速度を算出する。また、補正量取得部１２０は、出力電流の変化速度に対応するデューティ比の補正量を補正量テーブル４１から読み出し、合成部３５０へ出力する。
【００７８】
再び図８に戻って、合成部３５０は、コンパレータ６２から出力されるデューティ比にＤＳＰ３００から出力される補正量を合成し、ドライバ５０へ指示する最終的なデューティ比を決定する。すなわち、合成部３５０は、フィードバック制御によって修正されたデューティ比を、さらに出力電流の変化速度に応じた補正量分だけ補正する。
【００７９】
本実施の形態においては、オペアンプ６１およびコンパレータ６２を備えたアナログ回路によって、出力電圧と基準電圧の比較による出力電圧のフィードバック制御が行われると同時に、ＤＳＰ３００によって出力電流に基づくデジタル信号処理が行われる。すなわち、ＤＳＰ３００のデジタル信号処理によって、出力電流の変化速度に対応するデューティ比の補正量が取得され、合成部３５０において、コンパレータ６２から出力されるフィードバック制御結果とＤＳＰ３００から出力される補正量とが合成される。このとき、コンパレータ６２から出力されるフィードバック制御結果はアナログ出力であるのに対し、ＤＳＰ３００から出力される補正量はデジタル出力である。そこで、合成部３５０は、例えばコンパレータ６２から出力されるフィードバック制御結果をデジタル信号に変換する図示しないＡＤＣを備えていても良い。
【００８０】
ＤＣ／ＤＣコンバータを上記のような構成とすることにより、出力電圧に関してオペアンプ６１およびコンパレータ６２によるフィードバック制御を行うとともに、出力電流の変化速度からデューティ比を補正することができる。そして、出力電流の変化速度が所定の閾値速度より大きい場合に、アナログ回路によるフィードバック制御によって修正されるデューティ比がさらに補正されることになる。
【００８１】
結果として、たとえ出力電圧と基準電圧が等しく、コンパレータ６２においてデューティ比の修正が行われなくても、出力電流の変化が急激であれば、デューティ比が補正される。このため、出力電圧の増減に対してフィードバック制御が追従できなくなる程度の急激な出力電流の変化がある場合でも、出力電圧を一定に保つことができ、確実に負荷回路１６へ許容範囲内の電圧を供給することができる。また、上記の処理のために、ＤＣ／ＤＣコンバータには、電流センサ２０、ＡＤＣ３０−１、ＤＳＰ３００、およびメモリ４０が新たに付加される。しかし、これによる回路規模の増大は、ＤＣ／ＤＣコンバータに大容量のコンデンサを付加する場合に比べて小さい。したがって、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、負荷回路へ流れるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を測定し、出力電流の変化速度が閾値速度より大きくなると、アナログ回路によるフィードバック制御によって修正されるデューティ比をさらに補正する。このため、出力電流の急激な変化に伴う出力電圧の増減をあらかじめ想定して、デューティ比を決定することができる。換言すれば、大容量のコンデンサなどの付加的な回路を設けなくても、出力電流および出力電圧の変化にデューティ比を追従させることができ、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【００８３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の特徴は、出力電流の変化が急激な場合、デューティ比そのものを補正する代わりに、出力電圧を補正した上でフィードバック制御を実行することである。
【００８４】
図１１は、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。同図において、図１、図８、および図１４と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１１に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源１１の電源電圧を負荷回路１６に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータである。具体的には、図１１に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータのＤＳＰ３００および合成部３５０に代えて、ＤＳＰ４００および出力電圧補正部４５０を有している。さらに、図１１に示すＤＣ／ＤＣコンバータは、図１および図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータのドライバ５０に代えて、アンプ７１および反転回路７２を有している。
【００８５】
ＤＳＰ４００は、ＡＤＣ３０−１から出力される電流値の変化速度に基づいて予測される出力電圧の増減をメモリ４０から取得し、出力電圧補正部４５０へ出力する。すなわち、ＤＳＰ４００は、出力電流の変化が所定の基準より急激である場合に、出力電流の変化に伴う将来の電圧変化量を得る。
【００８６】
具体的には、ＤＳＰ４００の内部構成は、図１２に示すようになっている。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１２に示すように、ＤＳＰ４００は、変化速度算出部１１０および電圧変化量取得部４１０を有している。また、メモリ４０は、電圧変化量テーブル４２を記憶している。
【００８７】
電圧変化量取得部４１０は、変化速度算出部１１０によって算出された変化速度が所定の閾値速度より大きい場合に、変化速度に対応する出力電圧の電圧変化量を電圧変化量テーブル４２から読み出し、出力電圧補正部４５０へ出力する。すなわち、電圧変化量取得部４１０は、出力電流の変化が急激である場合に、出力電流の変化に付随する将来的な出力電圧の増減の予測値を示す電圧変化量を取得する。なお、電圧変化量取得部４１０は、出力電流の変化速度が所定の閾値速度以下である場合には、電圧変化量テーブル４２から電圧変化量として０を取得する。
【００８８】
電圧変化量テーブル４２は、出力電流の変化速度に対応する出力電圧の電圧変化量を保持している。具体的には、電圧変化量テーブル４２は、閾値速度以下の変化速度に対しては０を電圧変化量として保持し、閾値速度より大きい変化速度に対しては変化速度の大きさに応じた電圧変化量を保持する。すなわち、電圧変化量テーブル４２は、急激に変化する出力電流の変化速度に対して、将来的に増減すると考えられる出力電圧の電圧変化量を保持している。
【００８９】
図１１に戻って、出力電圧補正部４５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータから負荷回路１６へ出力される出力電圧にＤＳＰ４００から出力される電圧変化量を加え、オペアンプ６１へ出力する。すなわち、出力電圧補正部４５０は、現在の出力電圧を将来的に変化すると予測される出力電圧に補正した上で、出力電圧のフィードバック制御を実行するアナログ回路へ出力する。
【００９０】
アンプ７１は、コンパレータ６２から出力されるフィードバック制御結果のパルスを増幅し、トランジスタ１２および反転回路７２へ出力する。そして、アンプ７１は、増幅したパルスがオンの間にトランジスタ１２を導通状態とする。反転回路７２は、アンプ７１から出力されるパルスを反転し、トランジスタ１３にトランジスタ１２の背反動作をさせる。すなわち、反転回路７２は、アンプ７１によって増幅されたパルスがオフの間にトランジスタ１３を導通状態とする。これらのアンプ７１および反転回路７２は、図１および図８のドライバ５０と同等の動作をする。
【００９１】
次いで、上記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧変換方法について、図１３に示すフロー図を参照しながら説明する。図１３は、主にＤＳＰ４００および出力電圧補正部４５０の処理を示すフロー図である。
【００９２】
トランジスタ１２、１３がアンプ７１または反転回路７２から出力されるパルスに従ってスイッチングされると、直流電源１１からの電源電圧がパルスのデューティ比に応じた出力電圧に変換され、出力電圧は、コイル１４およびコンデンサ１５によって整流および平滑化された上で負荷回路１６に印加される。
【００９３】
このとき、出力電圧に伴う出力電流は、電流センサ２０によって測定され、測定された電流値がＡＤＣ３０−１によってデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された出力電流の電流値は、ＤＳＰ４００によって取得される（ステップＳ３０１）。すなわち、出力電流の電流値は、変化速度算出部１１０へ入力される。また、出力電圧は、出力電圧補正部４５０へ入力される。
【００９４】
そして、変化速度算出部１１０によって、出力電流の変化速度が算出される（ステップＳ３０２）。換言すれば、変化速度算出部１１０によって、出力電流の電流値が監視され、出力電流が急激に変化しているか否かの指標となる変化速度が算出される。ここでは、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きいと、フィードバック制御が出力電圧の増減に追従できなくなるものとして説明を続ける。
【００９５】
変化速度算出部１１０によって算出された変化速度は、電圧変化量取得部４１０へ出力され、電圧変化量取得部４１０によって、変化速度が閾値速度Ｐより大きいか否かが判定される（ステップＳ３０３）。この判定の結果、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下の場合には（ステップＳ３０３Ｎｏ）、出力電圧の増減に対してフィードバック制御が追従できなくなることはない。このため、電圧変化量取得部４１０によって、電圧変化量として０が電圧変化量テーブル４２から取得され、出力電圧をそのままオペアンプ６１へ出力するように出力電圧補正部４５０に対して指示される。そして、出力電圧補正部４５０によって、実際の出力電圧が補正されることなくオペアンプ６１へ出力される。
【００９６】
一方、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合には（ステップＳ３０３Ｙｅｓ）、電圧変化量取得部４１０によって、変化速度に対応する電圧変化量が電圧変化量テーブル４２から取得される（ステップＳ３０４）。ここで取得される電圧変化量は、出力電流の急激な変化に付随する出力電圧の増減の予測値である。そして、電圧変化量は、出力電流の急激な変化に対応しているため、通常のフィードバック制御では追従できない程度の増減であることになる。
【００９７】
電圧変化量取得部４１０によって取得された電圧変化量は、出力電圧補正部４５０へ出力され、出力電圧補正部４５０によって、出力電圧に電圧変化量が加えられることにより、出力電圧が補正される（ステップＳ３０５）。したがって、補正後の出力電圧は、実際の出力電圧とは異なり、出力電流の急激な変化に伴う将来の出力電圧の増減を加味したものとなっている。そして、出力電圧補正部４５０によって、補正後の出力電圧がオペアンプ６１へ出力される。
【００９８】
以上の処理により、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐ以下の場合は、実際の出力電圧がオペアンプ６１に入力され、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合は、補正された出力電圧がオペアンプ６１に入力されることになる。そして、オペアンプ６１によって、入力された出力電圧と基準電圧とが差動増幅され（ステップＳ３０６）、得られた出力電圧と基準電圧の差分がコンパレータ６２によって基準波形と比較され、デューティ比が調整される（ステップＳ３０７）。
【００９９】
オペアンプ６１およびコンパレータ６２によるデューティ比の調整は、実施の形態３と同様に、出力電圧の増減に対する通常のフィードバック制御によるものである。しかし、本実施の形態においては、出力電流の変化速度が閾値速度Ｐより大きい場合に、出力電圧補正部４５０によって出力電圧が補正されている。このため、出力電流の急激な変化に付随して出力電圧が増減する場合、予測される将来の出力電圧に合わせてデューティ比が修正される。結果として、出力電流の急激な変化に付随する出力電圧の大きな増減を想定して、デューティ比が修正されることになり、出力電圧の増減に対するフィードバック制御の遅延を抑制することができる。
【０１００】
以上のように、本実施の形態によれば、負荷回路へ流れるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を測定し、出力電流の変化速度が閾値速度より大きくなると、出力電圧を予測される将来の出力電圧に補正した上でフィードバック制御を実行する。このため、出力電流が急激に変化した場合には、予測される出力電圧の増減に備えたデューティ比の修正が行われることになる。結果として、付加的な回路を設けなくても、出力電流の急激な変化にデューティ比を追従させることができ、回路規模およびコストの増大を抑制しつつ、出力電圧を一定に保つことができる。
【０１０１】
なお、上記各実施の形態において説明した電流センサ２０、ＤＳＰ１００〜４００、合成部３５０、および出力電圧補正部４５０による処理をコンピュータが実行可能な形式で記述したデューティ比決定プログラムを生成し、このデューティ比決定プログラムをコンピュータに実行させることも可能である。このとき、デューティ比決定プログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶させ、記録媒体を用いてコンピュータにデューティ比決定プログラムを導入することも可能である。
【０１０２】
また、上記実施の形態２は、実施の形態３と組み合わせて実施することも可能である。すなわち、実施の形態３において、補正量分だけデューティ比を補正する代わりに、実施の形態２と同様に、オペアンプ６１などのゲインを調整することによりループゲインが調整されるようにしても良い。この場合でも、出力電流が急激に変化した場合には、出力電圧の増減に対してフィードバック制御の応答が大きくなり、出力電流の急激な変化に伴う出力電圧の増減をあらかじめ想定して、デューティ比を決定することができる。
【０１０３】
さらに、上記実施の形態１、３においては、補正量取得部１２０が、メモリ４０に記憶された補正量テーブル４１からデューティ比の補正量を取得するものとした。しかし、補正量取得部１２０は、実施の形態４における電圧変化量テーブル４２から出力電圧の電圧変化量を取得し、取得された電圧変化量に対応するデューティ比の補正量を算出するようにしても良い。この場合には、実施の形態１、３に係るメモリ４０は、補正量テーブル４１の代わりに、電圧変化量テーブル４２を記憶することになる。
【０１０４】
また、上記各実施の形態においては、スイッチング素子としてトランジスタ１２、１３を用いるものとしたが、パルスに従った導通状態および遮断状態の切り替えが可能であれば、通常のスイッチなどをスイッチング素子として用いることも可能である。また、トランジスタ１２が遮断状態のときに導通状態となるトランジスタ１３に関しては、ダイオードなどで代用することも可能である。要するに、一方のスイッチング素子が導通状態である間は、他方のスイッチング素子が遮断状態であれば良く、これらの導通状態および遮断状態を制御するデューティ比が本発明によって決定可能であれば良い。
【０１０５】
以上の実施の形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
【０１０６】
（付記１）複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された出力電流の変化速度を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された変化速度に応じて前記変換手段におけるデューティ比を決定する決定手段と
を有することを特徴とする電圧変換装置。
【０１０７】
（付記２）前記決定手段は、
前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧が所定の基準電圧に等しくなるようにデューティ比を修正するフィードバック手段を含むことを特徴とする付記１記載の電圧変換装置。
【０１０８】
（付記３）前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度に対応するデューティ比の補正量を取得する補正量取得手段をさらに含み、
前記フィードバック手段によって修正されたデューティ比を前記補正量取得手段によって取得された補正量分だけ補正することを特徴とする付記２記載の電圧変換装置。
【０１０９】
（付記４）前記補正量取得手段は、
変化速度が所定の閾値速度以下である場合は、補正量として０を取得する一方、変化速度が所定の閾値速度以上である場合は、補正量として変化速度に応じた値を取得することを特徴とする付記３記載の電圧変換装置。
【０１１０】
（付記５）前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する判定手段をさらに含み、
前記判定手段による判定の結果、変化速度が所定の閾値速度以上である場合に、前記フィードバック手段のループゲインを増大させることを特徴とする付記２記載の電圧変換装置。
【０１１１】
（付記６）前記フィードバック手段は、
出力電圧と所定の基準電圧を比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、出力電圧と所定の基準電圧との差分に応じてデューティ比を修正する修正手段と
を含むことを特徴とする付記２記載の電圧変換装置。
【０１１２】
（付記７）前記決定手段は、
前記算出手段によって算出された変化速度に対応し、出力電流の変化に伴う出力電圧の増減の予測値を示す電圧変化量を取得する電圧変化量取得手段と、
前記電圧変化量取得手段によって取得された電圧変化量分だけ前記変換手段によって変換されて得られた出力電圧を補正する出力電圧補正手段とをさらに含み、
前記フィードバック手段は、
前記出力電圧補正手段による補正後の出力電圧が所定の基準電圧に等しくなるようにデューティ比を修正する
ことを特徴とする付記２記載の電圧変換装置。
【０１１３】
（付記８）前記電圧変化量取得手段は、
変化速度が所定の閾値速度以下である場合は、電圧変化量として０を取得する一方、変化速度が所定の閾値速度以上である場合は、電圧変化量として変化速度に応じた値を取得することを特徴とする付記７記載の電圧変換装置。
【０１１４】
（付記９）複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を出力電圧に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにて変換されて得られた出力電圧が印加される負荷回路に流れる出力電流を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定された出力電流の変化速度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップと
を有することを特徴とする電圧変換方法。
【０１１５】
（付記１０）複数のスイッチング素子の導通時間および遮断時間の時間比を示すデューティ比に従って各スイッチング素子の導通および遮断を切り替えることにより、電源電圧を負荷回路に印加される出力電圧に変換するスイッチングコンバータのデューティ比を決定するデューティ比決定プログラムであって、コンピュータに、
デューティ比に対応する出力電圧が印加された負荷回路に流れる出力電流の電流値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得された電流値の変化速度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにて算出された変化速度に応じて新たにデューティ比を決定する決定ステップと
を実行させることを特徴とするデューティ比決定プログラム。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るＤＳＰの内部構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る補正量テーブルの一例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る電圧変換方法を示すフロー図である。
【図５】実施の形態１に係るデューティ比の変化の例を示す図である。
【図６】実施の形態２に係るＤＳＰの内部構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２に係る電圧変換方法を示すフロー図である。
【図８】実施の形態３に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。
【図９】出力電圧に応じたデューティ比の修正の例を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係るＤＳＰの内部構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態４に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係るＤＳＰの内部構成を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態４に係る電圧変換方法を示すフロー図である。
【図１４】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す図である。
【図１５】出力電流と出力電圧の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１１  直流電源
１２、１３  トランジスタ
１６  負荷回路
１７、６１  オペアンプ
２０  電流センサ
４０  メモリ
４１  補正量テーブル
４２  電圧変化量テーブル
６２  コンパレータ
１００、２００、３００、４００  ＤＳＰ
１１０  変化速度算出部
１２０  補正量取得部
１３０  基準電圧比較部
１４０、２２０  デューティ比決定部
２１０  ループゲイン調整部
３５０  合成部
４１０  電圧変化量取得部
４５０  出力電圧補正部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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