JP2000166233A

JP2000166233A - 電源装置および電源効率改善方法

Info

Publication number: JP2000166233A
Application number: JP10330880A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Itojima; 浩糸島
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】省エネルギ化の要求を満足するためどのような
動作状態であっても電源効率を改善する。【解決手段】ＰＷＭ制御方式では素子８の駆動周波数を
制御パラメータに加え、ＰＦＭ制御方式では制御パルス
幅を制御パラメータに加え、入力電力が小さくなるよう
にＰＷＭ制御方式では素子８の駆動周波数を微小に変
化、ＰＦＭ制御方式では制御パルス幅を微小に変化させ
て電源効率を改善するようにした構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置および電
源効率改善方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源装置例えばスイッチング電源
の回路構成について図１５を参照して説明すると、商用
交流電源の入力２を整流平滑する入力整流平滑部４と、
入力整流平滑部４からの入力電圧を所定の電圧に変換す
るコンバータ部６と、固定駆動周波数ｆ₀または固定制
御パルス幅Ｔｏｆｆ₀でスイッチング動作するスイッチ
ング素子８と、コンバータ部６出力を整流平滑する出力
整流平滑部１０と、出力電圧を検出する出力電圧検出部
１２と、制御ブロック１４とで構成されている。制御ブ
ロック１４は、制御部１４ａと比較フィードバック部１
４ｂとにより構成されて比較フィードバック部１４ｂに
おいて出力電圧検出部１２の出力電圧検出出力を基準値
と比較しその比較結果を制御部１４ａにフィードバック
し、制御部１４ａではその比較結果に応答してスイッチ
ング素子８をＯＮ−ＯＦＦ制御して出力電圧を一定値に
安定化制御する。なお、このようなスイッチング電源の
動作は周知であるのでその詳細な動作説明は省略する。

【０００３】制御ブロック１４におけるスイッチング素
子８の駆動方式にはＰＷＭ制御方式とＰＦＭ制御方式と
がある。ＰＷＭ制御方式はスイッチング素子８の駆動周
波数を固定し制御パルス幅（ＯＮパルス幅またはＯＮデ
ューティーまたはＯＮ期間）を制御パラメータとし、Ｐ
ＦＭ制御方式は前記制御パルス幅（ＯＦＦパルス幅また
はＯＦＦ期間、あるいはＯＮパルス幅またはＯＮ期間）
を固定しスイッチング素子８の駆動周波数を制御パラメ
ータとして、出力電圧を一定値に安定化制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した構成を有する
従来のスイッチング電源においては以下の課題が指摘さ
れる。

【０００５】ＰＷＭ制御方式の場合では駆動周波数が固
定で制御パルス幅のみを変化させた制御のため出力電圧
を一定値に安定制御することは可能であるが、電源効率
（＝出力電力／入力電力）をより高効率にするように制
御することができないので内部損失が大きく、したがっ
て、無効な電力が多くなるという問題がある。

【０００６】ＰＦＭ制御方式の場合では制御パルス幅が
固定で駆動周波数のみを変化させた制御のため、ＰＷＭ
制御方式と同様に内部損失が大きく、したがって、無効
な電力が多くなるという問題がある。

【０００７】最近のＰＦＭ制御方式では入力電圧が高
く、軽負荷時（出力電力が小さい）に、発振周波数が高
くなり、スイッチング損失が周波数に比例して増大する
のを防止するために、ＯＦＦ期間をあらかじめ定めた一
定期間よりは短くならないような制御を実施して軽負荷
時に発振周波数が高くならないようにして軽負荷時にお
ける電源効率の改善を図ったものが提案されている。し
かしながら、このような軽負荷時の電源効率改善でも、
その状態で電源効率をより高く改善することはできなか
った。

【０００８】以上のように、従来の電源装置では省エネ
ルギ化の要求を満たさないものであった。

【０００９】本発明においては、省エネルギ化の要求を
満足するために、いずれの制御方式によろうとも、動作
状態がどのようであっても電源効率を、より改善できる
ようにすることを共通の解決課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電源装置におい
ては、入力電圧を所定の電圧に変換する変換手段と、前
記変換手段の変換動作を制御するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段をＰＷＭ制御方式により駆動制御
する制御手段とを有し、前記スイッチング手段の制御パ
ラメータとして制御パルス幅のみならず駆動周波数をも
加え、電源効率に関して前記駆動周波数を微小に変化さ
せるようにしている。

【００１１】本発明の電源装置においては、入力電圧を
所定の電圧に変換する変換手段と、前記変換手段の変換
動作を制御するスイッチング手段と、前記スイッチング
手段をＰＦＭ制御方式により駆動制御する制御手段とを
有し、前記スイッチング手段の制御パラメータとし駆動
周波数のみならず制御パルス幅を加え、電源効率に関し
て前記制御パルス幅を微小に変化させるようにしてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本発明の電源装置は
実施の形態で説明される方式のスイッチング電源に限定
されるものではなく他のすべての方式のスイッチング電
源に適用することができる。また、本発明においてはス
イッチング電源に限定されるものではなく他の形式の電
源装置にも適用することができる。要するに、本発明の
電源装置は、入力を所定の出力に変換制御する変換手段
と、前記出力に関する信号に応答して前記変換制御を行
う制御手段とを有したすべての電源装置を含む。

【００１３】以下においては、ＰＷＭ制御方式とＰＦＭ
制御方式とに分けて説明する。

【００１４】（ＰＷＭ制御方式）本発明ではＰＷＭ制御
方式のスイッチング電源の電源効率の改善のため、制御
パラメータとして、従来の制御パルス幅だけではなく、
これに加えて駆動周波数も制御パラメータとして有して
いる。以下、図１ないし図４を参照して本発明のＰＷＭ
制御方式における電源効率改善について説明する。

【００１５】図１は横軸を負荷率（定格電流に対する出
力電流の百分率）、縦軸を電源効率としてあらわされる
電源効率特性であり、図１では、入力される交流電源が
１００Ｖの場合と２００Ｖの場合それぞれでは負荷率に
対する電源効率の変移が異なっている。つまり、図１で
は入力電圧が小さい方が電源効率が高いことを示してい
る。

【００１６】図２は横軸をスイッチング素子の駆動周波
数、縦軸を電源効率としてあらわされる電源効率特性で
ある。また図２で示すように負荷率３０％、５０％、７
０％、１００％においては最大の電源効率を実現できる
駆動周波数は負荷率と共に変移している。つまり、図２
では負荷率が大きくなる程、低い駆動周波数の方が電源
効率が高くなる。

【００１７】通常、駆動周波数は、負荷率１００％のと
きに最適な電源効率になるような周波数に固定されてい
る。そのためスイッチング電源が負荷率１００％となる
負荷に使用される場合では最適な電源効率が得られる。
しかし、一般にスイッチング電源はユーザーのアプリケ
ーションで考えられるピーク出力容量で選定されている
ため、スイッチング電源は、実使用時では負荷率５０％
程度で動作していることが多い。そうすると、負荷率５
０％となる場合ではスイッチング素子８の駆動周波数
が、最適な電源効率を実現できる駆動周波数からずれる
ことになるため電力エネルギの損失となる。

【００１８】このことを図３（横軸を駆動周波数、縦軸
を電源効率）を参照して説明する。図３は負荷率７０％
を例にしたものである。まず、ここでスイッチング電源
は負荷が同一条件下で入力電流が大小に変化した場合を
考える。このとき、負荷が同一条件のため出力電圧、出
力電流は共に一定であるから出力電力はそのままで、か
つ、入力電圧が一定としたときの電源効率（出力電力／
入力電力）のパラメータは入力電流となる。したがっ
て、入力電流が大きくなることは入力電力が大きくなり
出力電力に対する電源効率が低くくなり、その逆に小さ
くなることは電源効率が高くなることとなる。ここで、
電源効率の演算のために入力電流は任意の一定時間の間
の平均処理または積分処理（以下では、このことを単に
処理という）し、この処理結果を処理値（上記により入
力電力に相当する）と言う。

【００１９】そうすると、スイッチング素子に対する初
期の駆動周波数ｆ₀が、最適な電源効率が得られる駆動
周波数ｆｏｐｔよりも低い周波数であると仮定する。こ
のとき、初期駆動周波数での処理値（第１処理値）を記
憶する。次に、駆動周波数を初期駆動周波数から高い方
に微小周波数だけずらせたｆ₁とし、このときの処理値
（第２処理値）を得る。そして、前記第１、第２両処理
値を比較する。この比較の結果、第１処理値よりも第２
処理値の方が小さいときは、同一の出力電力を得るのに
第２処理値の方が第１処理値よりも小さい入力電力で済
むので初期駆動周波数よりも微小値だけ周波数をずらせ
た方が電源効率が高いことになる。同様に、駆動周波数
をさらに微小値高くずらせたｆ₂とし、このときの処理
値（第３処理値）を得る。そして、前記両第２、第３処
理値を比較する。この比較の結果、第２処理値よりも第
３処理値の方が小さいときは、周波数をさらに微小値ず
らせた方が電源効率が高いことになる。また、周波数を
ずらせた結果、電源効率が低下することは周波数をずら
せすぎたこととなるので、周波数を低い方に微小ずらせ
る。こうしたことを繰り返す制御ルーチンとすることで
最終的に電源効率が最大となる駆動周波数ｆｏｐｔが得
られる。

【００２０】この場合、前記制御ルーチンは例えば負荷
率７０％の固定とするなどして比較的長い時間単位で行
う場合ではなく、負荷率が例えば図４（横軸を駆動周波
数、縦軸を電源効率）で示すように短い時間単位で７０
％から例えば３０％に急変することがある。このような
場合では負荷率の急変を検出し、上述と同様の制御ルー
チンを実施する。

【００２１】つまり入力電流処理を行う時間単位を長い
時間単位で行う処理（説明の都合でマクロ処理という）
と、短い時間単位で行う処理（説明の都合でミクロ処理
という）とに分け、マクロ処理により長い時間単位で見
た場合の電源効率を平均的に高めつつ、その長い時間単
位の中では電源効率は平均的に高いものの負荷の急変な
どで短い時間単位内では電源効率が低下するのを防止し
ミクロ処理により短い時間単位内で高い電源効率が得ら
れるようにしている。

【００２２】次に、上述した電源効率改善によるＰＷＭ
制御方式のスイッチング電源の実施の形態について図５
ないし図８を参照して説明する。

【００２３】図５は、本発明の実施の形態に従うＰＷＭ
制御方式スイッチング電源の回路構成図である。図５を
参照して、実施の形態のスイッチング電源は、入力整流
平滑部４、コンバータ部６、スイッチング素子８、出力
整流平滑部１０、出力電圧検出部１２、制御ブロック１
４、入力電流検出部１６、および出力電流検出部１８を
有している。

【００２４】実施の形態では、制御ブロック１４が、制
御部１４ａおよび比較フィードバック部１４ｂに加え
て、入力電流処理部１４ｃ、駆動周波数可変部１４ｄ、
負荷変動検出部１４ｅ、処理値メモリ１４ｆを有してい
る。

【００２５】制御ブロック１４について説明する。

【００２６】入力電流処理部１４ｃは、所定の時間単位
（ΔＴ）で入力電流検出部１８の出力を入力電流処理す
るが、ここで前記所定の時間単位を長い時間単位（ΔＴ
＝ΔＴ_L）として入力電流を処理（マクロ処理）する機
能を果たすマクロ処理部１４ｃ₁と、また前記所定の時
間単位を短い時間単位（ΔＴ＝ΔＴ_S）として入力電流
を処理（ミクロ処理）する機能を果たすミクロ処理部１
４ｃ₂とを有している。

【００２７】入力電流処理部１４ｃはまた、マクロ処理
部１４ｃ₁でマクロ処理した入力電流処理値（マクロ処
理値）、ミクロ処理部１４ｃ₂でミクロ処理した入力電
流処理値（ミクロ処理値）それぞれを出力するようにな
っている。

【００２８】入力電流処理部１４ｃはさらにまた、負荷
変動検出部１４ｅからトリガ信号入力無しのときはマク
ロ処理部１４ｃ₁のマクロ処理値を出力し、トリガ信号
の入力有りのときはミクロ処理部１４ｃ₂のミクロ処理
値を出力する。

【００２９】駆動周波数可変部１４ｄは、入力電流処理
部１４ｃからマクロ処理値が入力されたときは所定の演
算を行いその演算結果に対応する駆動周波数可変信号
を、ミクロ処理値が入力されたときは所定の演算を行い
その演算結果に対応する駆動周波数可変信号をそれぞれ
出力する。

【００３０】処理値メモリ１４ｆは、マクロ処理値、ミ
クロ処理値の記憶、読み出しが可能となっている。

【００３１】負荷変動検出部１４ｅは、出力電流検出部
１６の検出出力によって負荷変動を検出し、負荷変動が
無いかまたは所定以下の負荷変動ではトリガ信号を出力
せず、負荷変動有りまたは所定以上の負荷変動ではトリ
ガ信号を出力する。

【００３２】負荷変動検出部１４ｅについて図６および
図７を参照して説明する。

【００３３】出力電流検出部１６で検出される出力電流
Ｉｏの変化は図７（ａ）で示すように抵抗１６ａ両端間
の電圧変化に対応する。抵抗１６ａの両端間電圧は、そ
れぞれダイオードＤ１を介する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ
１とからなる積分回路と、ダイオードＤ２を介する抵抗
Ｒ２とコンデンサＣ２とからなる積分回路とでそれぞれ
積分される。コンデンサＣ１の容量と抵抗Ｒ１とからな
る時定数＜コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２とからなる時定数
の関係が設定されているので、積分出力である、Ａ点電
位は図７（ｂ）で、またＢ点電位は図７（ｃ）でそれぞ
れ示すように変化する。比較部ＣＰは、Ａ点電位とＢ点
電位とを比較して図７（ｄ）で示す比較結果を出力す
る。比較部ＣＰ出力は、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３とか
らなる微分回路で微分される。その結果、比較部ＣＰ出
力部であるＣ点には図７（ｅ）で示す微分出力が得られ
る。両微分出力は、全波整流回路ＲＤで整流される結
果、Ｄ点には図７（ｆ）で示す整流出力が得られる。両
整流出力は、負荷変動検出部１４ｅのトリガ信号として
入力電流処理部１４ｂに入力される。トリガ信号が２つ
あるのは、図７（ａ）で負荷変動が、重負荷から軽負荷
に変動するタイミングＴ１と軽負荷から重負荷に変動す
るタイミングＴ２とに対応するからである。

【００３４】図５に戻って、制御部１４ａは、駆動周波
数可変部１４ｄからの駆動周波数可変信号に応答して駆
動周波数を可変する。

【００３５】以下、制御ブロック１４の制御動作につい
て図８の制御フローを参照して説明する。

【００３６】、動作中の固定駆動周波数ｆ₀にて、入
力電流検出部１８の信号を、入力電流処理部１４ｃで一
定時間ΔＴで処理し、その処理値Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀を
処理値メモリ１４ｆに記憶する（ｎ１）。

【００３７】、駆動周波数可変部１４ｄにて、駆動周
波数を前記の固定駆動周波数ｆ₀から微小Δｆ変移さ
せて、ｆ₀＋Δｆ（≡ｆ₁）とし（ｎ２）、制御部１４ａ
にてスイッチング素子８を制御駆動する。

【００３８】、前記の駆動状態で、再度、入力電流
検出部１８の信号を、入力電流処理部１４ｃで一定時間
ΔＴ、処理する。この処理値をＩｉｎ（ａｖｅ）₁とす
る。

【００３９】、ここで、Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀とＩｉｎ
（ａｖｅ）₁との大きさを比較する（ｎ３）。

【００４０】Ｉｉｎ（ａｖｅ）₁＞Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀の
場合は、駆動周波数ｆ₀の方が電源効率が良いというこ
とになる。この場合、駆動周波数を変化させた方向が逆
であったと考えられるため、駆動周波数をｆ₂＝ｆ₀−Δ
ｆとする（ｎ４）。

【００４１】また、Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀＞Ｉｉｎ（ａｖ
ｅ）₁の場合は、駆動周波数ｆ₁の方が電源効率が良いと
いうことになり、現状の駆動周波数のままとし、ｆ₂≡
ｆ₁（＝ｆ₀＋Δｆ）とする（ｎ５）。そして、一定時間
ΔＴの処理をして（ｎ６）、ｎ１に戻る。

【００４２】、こうして１サイクル終了し、最終的に
決定されたｆ２をｆ０に置き換えた後で、再度、前記
〜のサイクルを繰り返して、電源効率の最大化をはか
る。

【００４３】前記処理を行う一定時間ΔＴを前記マクロ
処理のための一定時間ΔＴ_Lと、ミクロ処理のための一
定時間ΔＴ_Sとすると、負荷変動検出部１４ｅからトリ
ガ信号入力が無ければ、一定時間ΔＴ_Lの間、前記入力
電流処理部１４ｂはマクロ処理部１４ｃ₁におけるマク
ロ処理とし、周囲温度の変化のように状態がゆっくりと
変移していく場合での電源効率を改善し、負荷変動検出
部１４ｅからトリガ信号入力が有れば、一定時間ΔＴ_S
の間、ミクロ処理部１４ｃ₂におけるミクロ処理とし負
荷変動のように短時間で状態が変わり得る場合での電源
効率を改善する。

【００４４】なお、上述においては、スイッチング電源
が一旦、設置された後は、入力電圧はほぼ一定で変動し
ないことを利用し、入力電力を入力電流の平均値あるい
は積分値にて簡易的に検出している。こうした入力電流
の処理、駆動周波数可変の制御等は、マイクロコンピュ
ータを用いたソフトウエアによってでも構わないし、ア
ナログ回路部品を用いて行うことも可能である。

【００４５】（ＰＦＭ制御方式）本発明のＰＦＭ制御方
式のスイッチング電源における電源効率改善について説
明する。本発明のスイッチング電源における制御パラメ
ータは、スイッチング素子の駆動周波数に加えて制御パ
ルス幅（ＯＮパルス幅またはＯＮ期間またはＯＮデュー
ティー、あるいはＯＦＦパルス幅またはＯＦＦ期間また
はＯＦＦデューティー）を有している。

【００４６】ＰＦＭ制御方式における代表例である自励
式ＲＣＣ（リンギングチョークコンバータ）方式におい
てスイッチング素子を駆動する発振周波数（駆動周波
数）に着目すると低入力より高入力の方が、また、重負
荷より軽負荷の方が、それぞれ、駆動周波数が高くな
る。駆動周波数が高くなれば、スイッチング素子の駆動
制御に際しての損失電力が比例的に大きくなって電源効
率が悪化するという問題がある。このような問題を解決
するために、最近においては、駆動周波数がある程度以
上は高くならないように、制御パルス幅の最低値を決
め、その最低値以下に制御パルス幅が短くならないよう
制御するというスイッチング電源も提案されている。こ
の提案によれば、軽負荷時に制御パルス幅が最低値にク
ランプされてスイッチングトランスの一次側巻線および
二次側巻線に電流が流れない期間が存在する不連続モー
ドとなり、軽負荷時の周波数が過度に上昇しなくなって
軽負荷時での電源効率が改善される。このようにして軽
負荷時にスイッチングトランスが不連続動作となること
で軽負荷時における電源効率が改善されるという効果の
あることが知られている。

【００４７】本発明においては、基本的には制御パルス
幅をあらかじめ定め、基本動作は駆動周波数を制御パラ
メータとして軽負荷時にスイッチング素子を不連続動作
させつつ、その微調整を制御パルス幅を制御パラメータ
に加えて行うことで、電源効率をさらに改善しようとす
るものである。

【００４８】以下、図９ないし図１２を参照して本発明
のＰＦＭ制御方式における電源効率改善について説明す
る。

【００４９】図９は横軸を負荷率、縦軸を電源効率とし
てあらわされる電源効率特性であり、図９では、入力さ
れる交流電源による入力電圧が１００Ｖの場合と２００
Ｖの場合それぞれでは負荷率に対する電源効率の変移が
異なり、入力電圧が小さい方が電源効率が高いことを示
している。

【００５０】図１０は横軸をスイッチング素子の制御パ
ルス幅（この例ではＯＦＦ期間：Ｔｏｆｆ）、縦軸を電
源効率としてあらわされる電源効率特性である。また図
１０で示すように入力電圧１００Ｖ、２００Ｖそれぞれ
で負荷率５０％，１００％での電源効率の変移を示して
いる。これによると、負荷率、入力電圧により、最高の
電源効率を実現できるＴｏｆｆは異なり、入力電圧を固
定として考えた場合でも負荷率により電源効率のピーク
を実現するＴｏｆｆは変移する。通常、スイッチング電
源は入力電圧最低で、かつ、負荷率１００％にて最適と
なる設計となるようＴｏｆｆを決定する。これによる
と、低入力電圧、負荷率１００％では電源効率は良い
が、入力電圧が高くなるにつれて、また、負荷が軽くな
るにつれて電源効率が悪化する。また、スイッチング電
源を選定するに際してはユーザのアプリケーションで考
えられるピーク出力容量で選定されるので、通常の動作
状態では負荷率５０％程度で動作していることの方が多
い。このような状態を考えると最高の電源効率で動作す
ることはできない。

【００５１】そこで、本発明においては、基本動作は制
御パラメータとしては駆動周波数を制御して軽負荷時に
はスイッチングトランスが不連続モードとなるようにス
イッチング素子の制御パルス幅の最低値を定めておきそ
の最低値を限度として微調整を制御パルス幅（Ｔｏｆ
ｆ）を制御パラメータとして実施することである。

【００５２】つまり、図１１（横軸は制御パルス幅Ｔｏ
ｆｆ、縦軸は電源効率）で示すようにスイッチング素子
に対する初期の制御パルス幅が、最適な電源効率が得ら
れる制御パルス幅Ｔｏｆｆｏｐｔよりも短いと仮定す
る。このとき、初期の制御パルス幅での処理値（第１処
理値）を決定する。次に、制御パルス幅を初期制御パル
ス幅より長い方に微小値ΔＴだけずらせ、このときの処
理値（第２処理値）を得る。そして、前記第１、第２両
処理値を比較する。この比較の結果、第１処理値よりも
第２処理値の方が小さいときは、同一の出力電力を得る
のに第２処理値の方が第１処理値よりも小さい入力電力
で済むので制御パルス幅を微小ずらせた方が電源効率が
高いことになる。同様に、制御パルス幅をさらに微小ず
らせ、このときの処理値（第３処理値）を得る。そし
て、前記両第２、第３処理値を比較する。この比較の結
果、第２処理値よりも第３処理値の方が小さいときは、
さらに制御パルス幅を微小ずらせた方が電源効率が高い
ことになる。これを繰り返す制御ルーチンとすることで
最終的に電源効率が最大となる制御パルス幅Ｔｏｆｆｏ
ｐｔが得られることになる。

【００５３】この場合、前記制御ルーチンは例えば負荷
率５０％の固定とするなどして比較的長い時間単位で行
う場合ではなく、負荷率が例えば図１２（横軸を制御パ
ルス幅、縦軸を電源効率）で示すように短い時間単位で
５０％から例えば１００％に急変することがある。この
ような場合では負荷率の急変を検出し、上述と同様の制
御ルーチンを実施する。つまり処理を行う時間単位を長
い時間単位で行う処理（マクロ処理）と、短い時間単位
で行う処理（ミクロ処理）とに分け、マクロ処理により
長い時間単位で見た場合の電源効率を平均的に高めつ
つ、その長い時間単位の中では電源効率は平均的に高い
ものの負荷の急変などで短い時間単位内では電源効率が
低下するのを防止しミクロ処理により短い時間単位内で
高い電源効率が得られるようにしている。

【００５４】次に、上述した電源効率改善を用いたＰＦ
Ｍ制御方式のスイッチング電源の実施の形態について説
明する。

【００５５】図１３は、本発明の実施の形態に従うＰＦ
Ｍ制御方式のスイッチング電源の回路構成図である。図
１３を参照して、実施の形態のスイッチング電源は、入
力整流平滑部４、コンバータ部６、スイッチング素子
８、出力整流平滑部１０、出力電圧検出部１２、制御ブ
ロック１４、入力電流検出部１６、および出力電流検出
部１８を有している。

【００５６】実施の形態では、制御ブロック１４が、制
御部１４ａおよび比較フィードバック部１４ｂに加え
て、入力電流処理部１４ｃ、制御パルス幅可変部１４
ｄ’、負荷変動検出部１４ｅ、処理値メモリ１４ｆを有
している。

【００５７】制御ブロック１４について説明する。

【００５８】入力電流処理部１４ｃは、所定の時間ΔＴ
単位で入力電流検出部１８の出力を処理するが、所定の
時間単位を長い時間単位ΔＴ_Lとして入力電流を処理
（マクロ処理）する機能を果たすマクロ処理部１４ｃ₁
と、また所定の時間単位を短い時間単位ΔＴ_Sとして入
力電流を処理（ミクロ処理）する機能を果たすミクロ処
理部１４ｃ₂とを有している。

【００５９】入力電流処理部１４ｃはまた、マクロ処理
部１４ｃ₁でマクロ処理した処理値（マクロ処理値）、
ミクロ処理部１４ｃ₂でミクロ処理した処理値（ミクロ
処理値）それぞれを出力するようになっている。

【００６０】入力電流処理部１４ｃはさらにまた、負荷
変動検出部１４ｅからのトリガ信号入力無しのときはマ
クロ処理部１４ｃ₁のマクロ処理値を出力し、トリガ信
号の入力有りのときはミクロ処理部１４ｃ₂のミクロ処
理値を出力する。

【００６１】制御パルス幅可変部１４ｄ’は、入力電流
処理部１４ｃのマクロ処理部１４ｃ₁からマクロ処理値
が入力されたときは所定の演算を行いその演算結果に対
応する駆動周波数可変信号を、入力電流処理部１４ｃの
ミクロ処理部１４ｃ₂からミクロ処理値が入力されたと
きは所定の演算を行いその演算結果に対応する駆動周波
数可変信号をそれぞれ出力する。

【００６２】処理値メモリ１４ｆは、処理値の記憶、読
み出しが可能となっている。

【００６３】負荷変動検出部１４ｅは、出力電流検出部
１６の検出出力によって負荷変動を検出し、負荷変動無
しあるいは所定以下の負荷変動のときはトリガ信号を出
力せず、負荷変動有りまたは所定以上の負荷変動有りの
ときはトリガ信号を出力する。負荷変動検出部１４ｅの
詳細は上述したのでその説明を省略する。

【００６４】制御部１４ａは、制御パルス幅可変部１４
ｄ’からの制御パルス幅可変信号に応答して制御パルス
幅を可変する。

【００６５】以下、制御ブロック１４の制御動作につい
て図１４の制御フローを参照して説明する。

【００６６】、電源起動時は、ＲＣＣ動作により制御
パルス幅Ｔｏｆｆを決定し（Ｓ１）検出する（Ｓ２）。

【００６７】、検出したＴｏｆｆがあらかじめ決めら
れた最低制御パルス幅Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）より大きいど
うかを検出する（Ｓ３）。

【００６８】Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）の場合はＴ
ｏｆｆ₀＝Ｔｏｆｆと設定する（Ｓ４）。

【００６９】Ｔｏｆｆ＜Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）の場合はＴ
ｏｆｆ（ｍｉｎ）より短くできないのでＴｏｆｆ₀＝Ｔ
ｏｆｆ（ｍｉｎ）と設定する（Ｓ５）。

【００７０】、前記で設定したＴｏｆｆ₀にて、あ
らかじめ決められた期間の入力電流の平均値Ｉｉｎ（ａ
ｖｅ）₀を検出して記憶する（Ｓ６）。

【００７１】、ここで故意にＴｏｆｆを微小値ΔＴだ
け変移させてＴｏｆｆ₁＝Ｔｏｆｆ₀＋ΔＴと設定する
（Ｓ７）。

【００７２】、前記で定めたＴｏｆｆ₁にて決めら
れた期間の入力電流の平均値Ｉｉｎ（ａｖｅ）₁を検出
する（Ｓ８）。

【００７３】、上記で選られた２つの値Ｉｉｎ（ａｖ
ｅ）₀、Ｉｉｎ（ａｖｅ）₁を比較する（Ｓ９）。

【００７４】Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀＞Ｉｉｎ（ａｖｅ）₁の
場合は、変移させたＴｏｆｆ₁の方が電源効率が良いこ
とになり、電源効率最適となる制御パルス幅Ｔｏｆｆ₂
＝Ｔｏｆｆ₁と設定する（Ｓ１０）。

【００７５】Ｉｉｎ（ａｖｅ）₀＜Ｉｉｎ（ａｖｅ）₁の
場合は、変移させたＴｏｆｆ₁の方が電源効率が悪いこ
とになり、ΔＴ変移させた方向が間違っていたというこ
とで、より電源効率が最適となると考えられる逆方向へ
制御パルス幅を変移させるが、変移させるべき値Ｔｏｆ
ｆ₀−ΔＴと、その値があらかじめ設定されたＴｏｆｆ
（ｍｉｎ）とを比較する（Ｓ１１）。

【００７６】Ｔｏｆｆ₀−ΔＴ＞Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）の
場合は、Ｔｏｆｆ₂＝Ｔｏｆｆ₀−ΔＴと設定する（Ｓ１
２）。

【００７７】Ｔｏｆｆ₀−ΔＴ＜Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）の
場合は、Ｔｏｆｆ₂＝Ｔｏｆｆ（ｍｉｎ）と設定する
（Ｓ１３）。

【００７８】、ここで得られたＴｏｆｆ₂を基本制御
パルス幅ＴｏｆｆのパラメータであるＴｏｆｆ₀に代入
する（Ｓ１４）。

【００７９】、ここで負荷変動が発生したかどうかを
負荷変動検出部１４ｅでトリガ信号の有無を確認し（Ｓ
１５）、トリガ信号有りの場合はＳ６に移行し、トリガ
信号無しの場合はＳ２に移行する。

【００８０】こうしたサイクルを繰り返して、電源効率
の最大化をはかる。

【００８１】このＰＦＭ制御方式の場合も、マクロ処理
とミクロ処理とで、電源効率のより一層の改善効果があ
る。

【００８２】なお、上述においては、スイッチング電源
が一旦、設置された後は、入力電圧はほぼ一定で変動し
ないことを利用し、入力電力を入力電流の平均値あるい
は積分値にて簡易的に検出している。こうした入力電流
の処理、制御パルス幅可変制御等は、マイクロコンピュ
ータを用いたソフトウエアにより実施しても構わない
し、アナログ回路部品を用いて実施することも可能であ
る。

【００８３】

【発明の効果】以上のように本発明の電源装置において
は、ＰＷＭ制御方式、ＰＦＭ制御方式のいずれにおいて
も、それまでになかった制御パラメータとして、ＰＷＭ
制御方式では駆動周波数を、ＰＦＭ制御方式では制御パ
ルス幅を用いているので、これらの制御パラメータを微
小変化させることで、より高く電源効率を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源効率改善の説明に供する負荷率対
電源効率図

【図２】本発明の電源効率改善の説明に供する駆動周波
数対電源効率図

【図３】本発明の電源効率改善の説明に供する駆動周波
数対電源効率図

【図４】本発明の電源効率改善の説明に供する駆動周波
数対電源効率図

【図５】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源の
回路図

【図６】図５の負荷変動検出部の回路図

【図７】図６の負荷変動検出部の動作説明に供するタイ
ミングチャート

【図８】図５のスイッチング電源の動作説明に供する制
御フロー図

【図９】本発明の電源効率改善の説明に供する負荷率対
電源効率図

【図１０】本発明の電源効率改善の説明に供する制御パ
ルス幅対電源効率図

【図１１】本発明の電源効率改善の説明に供する制御パ
ルス幅対電源効率図

【図１２】本発明の電源効率改善の説明に供する制御パ
ルス幅対電源効率図

【図１３】本発明の他の実施の形態に係るスイッチング
電源の回路図

【図１４】図１３のスイッチング電源の動作説明に供す
る制御フロー図

【図１５】従来のスイッチング電源の回路図

【符号の説明】

２交流電源４入力整流平滑部６コンバータ部８スイッチング素子１０出力整流平滑部１４制御ブロック１４ａ制御部１４ｂ比較フィードバック部１４ｃ入力電流処理部１４ｃ₁ マクロ処理部１４ｃ₂ ミクロ処理部１４ｃ₂ １４ｄ駆動周波数可変部１４ｆ処理値メモリ１６出力電流検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧を所定の電圧に変換する変換手段
と、前記変換手段の変換動作を制御するスイッチング手
段と、前記スイッチング手段をＰＷＭ制御方式により駆
動制御する制御手段とを有した電源装置において、前記スイッチング手段の制御パラメータに制御パルス幅
の他に駆動周波数を加えている、ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】請求項１に記載の電源装置において、前記制御手段は、電源効率に関して前記駆動周波数を微
小に変化させることが可能である、ことを特徴とする電
源装置。
【請求項３】入力電圧を所定の電圧に変換する変換手段
と、前記変換手段の変換動作を制御するスイッチング手
段と、前記スイッチング手段をＰＦＭ制御方式により駆
動制御する制御手段とを有した電源装置において、前記スイッチング手段の制御パラメータに駆動周波数の
他に制御パルス幅を加えている、ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】請求項３に記載の電源装置において、前記制御手段は、電源効率に関して前記制御パルス幅を
微小に変化させることが可能である、ことを特徴とする
電源装置。
【請求項５】請求項１ないし４いずれかに記載の電源装
置において、前記制御手段は、入力電力の信号を、所定の時間単位に
て、所定の処理を行い、この処理の結果を用いて前記入
力電力が小さくなるように前記制御パラメータを制御す
る、ことを特徴とする電源装置。
【請求項６】請求項５に記載の電源装置において、前記制御手段は、負荷の状態に応じて前記処理を、所定
の長い時間単位にての処理と、所定の短い時間単位にて
の処理とで行う、ことを特徴とする電源装置。
【請求項７】入力電圧を所定の電圧に変換制御する電源
装置において、入力電力の信号に対して、所定の時間単位にて、所定の
処理を行い、この処理の結果を用いて前記入力電力を小
さい方向に制御するように構成されている、ことを特徴
とする電源装置。
【請求項８】請求項７に記載の電源装置において、前記入力電力の信号として入力電流の検出信号を用い
る、ことを特徴とする電源装置。
【請求項９】入力電圧を所定の電圧に変換制御する電源
装置における電源効率改善方法であって、入力電力の信号に対して所定の時間単位にて所定の処理
を行いこの処理の結果を用いて前記入力電力を小さい方
向に制御することで電源効率を改善する、ことを特徴と
する電源効率改善方法。
【請求項１０】請求項９に記載の電源効率改善方法にお
いて、前記所定の時間単位を負荷の状態に応じて所定の長い時
間単位と所定の短い時間単位とに分けて行う、ことを特
徴とする電源効率改善方法。