JP6294770B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング電源に関する。 The present invention relates to a switching power supply.
従来のスイッチング電源として、例えば、特許文献1には、第一のスイッチと第二のスイッチとを交互にオン状態として整流させるスイッチングコンバータの制御回路が開示されている。このスイッチングコンバータの制御回路は、複数の第一のスイッチをそれぞれ駆動する複数の第一の駆動部と、第二のスイッチを駆動する第二の駆動部と、負荷電流、入力電圧、出力電圧又は入出力電圧差に応じて複数の第一の駆動部の一部を停止させる選択部とを備える。
As a conventional switching power supply, for example,
ところで、上述のスイッチングコンバータの制御回路は、例えば、電力変換効率の更なる向上が望まれている。 By the way, the control circuit of the above-described switching converter is desired to further improve the power conversion efficiency, for example.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、電力変換効率を向上することができるスイッチング電源を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said situation, Comprising: It aims at providing the switching power supply which can improve power conversion efficiency.
上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源は、入力電圧を変換し出力電圧を生成する駆動状態と電力の変換を停止した停止状態とに個別に切り替え可能であるスイッチング方式の複数の電力変換部を有する電源回路と、前記電源回路の電力変換効率を演算し、当該演算した電力変換効率と前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率とに基づいて、前記複数の電力変換部を制御し、個別に前記駆動状態と前記停止状態とを切り替える制御を実行可能である制御装置とを備え、前記制御装置は、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される駆動判定用負荷率規定値以上であり、かつ、前記電源回路の電力変換効率が予め設定される駆動判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に多くし、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記駆動判定用負荷率規定値以上であっても、前記電源回路の電力変換効率が前記駆動判定用効率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態のまま維持し、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記駆動判定用負荷率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態のまま維持し、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される停止判定用負荷率規定値未満であり、かつ、前記駆動状態にある前記電源回路の電力変換効率が予め設定される停止判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に少なくし、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記停止判定用負荷率規定値未満であっても、前記電源回路の前記電力変換効率が前記停止判定用効率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態のまま維持し、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記停止判定用負荷率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態のまま維持することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a switching power supply according to the present invention has a plurality of switching systems that can be individually switched between a driving state that converts an input voltage and generates an output voltage, and a stopped state that stops power conversion. A power supply circuit having a power conversion unit, and calculates the power conversion efficiency of the power supply circuit, and based on the calculated power conversion efficiency and the load factor of the power conversion unit in the driving state, the plurality of power conversion units And a control device capable of executing control for switching between the drive state and the stop state individually, and the control device is in a state where the number of the power conversion units in the drive state is relatively small. A drive determination efficiency rule in which the load factor of the power conversion unit in the drive state is equal to or greater than a preset drive determination load factor prescribed value, and the power conversion efficiency of the power supply circuit is preset. The number of the power conversion units in the driving state is relatively large when the power conversion unit is less than the value, and the number of the power conversion units in the driving state is relatively small. Even if the load factor is equal to or greater than the drive determination load factor specified value, the number of the power conversion units in the drive state is relatively large when the power conversion efficiency of the power supply circuit is equal to or greater than the drive determination efficiency specified value. When the load ratio of the power conversion unit in the driving state is relatively less than the prescribed value for the load determination for driving determination, the number of the power conversion units in the driving state is relatively small The load of the power conversion unit in the driving state while the number of the power conversion units in the driving state is maintained in a relatively small state and the number of the power conversion units in the driving state is relatively large Negative for stop judgment with rate set in advance If the power conversion efficiency of the power supply circuit in the driving state is less than a predetermined value, and the power conversion efficiency in the driving state is less than a preset efficiency determining value for stop determination, the number of the power conversion units in the driving state is relatively Even if the load factor of the power conversion unit in the driving state is less than the prescribed value for the stop determination load factor in a state where the number of the power conversion units in the driving state is relatively large When the power conversion efficiency of the circuit is equal to or greater than the efficiency determination value for stop determination, the number of the power conversion units in the driving state is maintained relatively large, and the number of the power conversion units in the driving state When the load factor of the power conversion unit in the drive state is greater than or equal to the stop determination load factor prescribed value in a relatively large state, the number of the power conversion units in the drive state is relatively large. It is characterized by maintaining as it is.
また、上記スイッチング電源では、前記制御装置は、さらに、前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率に基づいて、前記複数の電力変換部を制御し、個別に前記駆動状態と前記停止状態とを切り替える制御を実行可能であるものとすることができる。 In the switching power supply, the control device further controls the plurality of power conversion units based on a load factor of the power conversion unit in the drive state, and individually controls the drive state and the stop state. It is possible to execute control for switching between.
また、上記スイッチング電源では、前記制御装置は、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される駆動判定用負荷率規定値以上であり、かつ、前記電源回路の電力変換効率が予め設定される駆動判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に多くし、前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される停止判定用負荷率規定値未満であり、かつ、前記駆動状態にある前記電源回路の電力変換効率が予め設定される停止判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に少なくするものとすることができる。 Further, in the switching power supply, the control device is a drive determination load in which a load factor of the power conversion unit in the drive state is set in advance with a relatively small number of the power conversion units in the drive state. When the power conversion efficiency of the power supply circuit is equal to or greater than a specified rate value and less than a preset drive determination efficiency specified value, the number of the power conversion units in the drive state is relatively increased, The load factor of the power conversion unit in the drive state in a state where the number of the power conversion units in the drive state is relatively large is less than a preset load determination threshold value for stop determination, and the drive state is When the power conversion efficiency of a certain power supply circuit is less than the preset stop regulation efficiency prescribed value, the number of the power conversion units in the drive state can be relatively reduced.
また、上記スイッチング電源では、前記駆動判定用負荷率規定値と前記停止判定用負荷率規定値とは、ヒステリシスが設定されているものとすることができる。 In the switching power supply, hysteresis may be set for the drive determination load factor specified value and the stop determination load factor specified value.
また、上記スイッチング電源では、前記制御装置は、前記電源回路が変換した電力が供給される電気機器の負荷情報を取得し、当該負荷情報に基づいて、前記複数の電力変換部を制御し、個別に前記駆動状態と前記停止状態とを切り替える制御を実行可能であるものとすることができる。 In the switching power supply, the control device obtains load information of an electric device to which power converted by the power supply circuit is supplied, controls the plurality of power conversion units based on the load information, and individually In addition, it is possible to execute control for switching between the driving state and the stopped state.
本発明に係るスイッチング電源は、制御装置によって電源回路の電力変換効率を演算し、当該演算した電力変換効率に基づいて、各電力変換部の駆動状態/停止状態を個別に切り替える制御を実行するので、実際の電力変換効率が最適となるように各電力変換部の状態を切り替えることができる。この結果、スイッチング電源は、電力変換効率を向上することができる、という効果を奏する。 Since the switching power supply according to the present invention calculates the power conversion efficiency of the power supply circuit by the control device, and executes control for individually switching the drive state / stop state of each power conversion unit based on the calculated power conversion efficiency. The state of each power conversion unit can be switched so that the actual power conversion efficiency is optimized. As a result, the switching power supply can improve the power conversion efficiency.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係るスイッチング電源の概略構成を表す構成図である。図2は、実施形態1に係るスイッチング電源の制御装置の概略構成の一例を表すブロック図である。図3は、実施形態1に係るスイッチング電源における温度と電力変換効率とに関する特性の一例を説明する線図である。図4は、実施形態1に係るスイッチング電源における負荷率と電力変換効率とに関する特性の一例を説明する線図である。図5は、実施形態1に係るスイッチング電源の制御装置による切替制御の一例を表すフローチャートである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a switching power supply according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the switching power supply control device according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of characteristics relating to temperature and power conversion efficiency in the switching power supply according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of characteristics relating to load factor and power conversion efficiency in the switching power supply according to the first embodiment. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of switching control by the switching power supply controller according to the first embodiment.
図1に示す本実施形態に係るスイッチング電源1は、入力電圧Vinを変換し出力電圧Voutを生成するスイッチング方式の電源回路2と、当該電源回路2のスイッチング素子(トランジスタ23)を制御する制御装置3とを備える。このスイッチング電源1は、電源回路2のスイッチング素子のオン(ON)・オフ(OFF)を制御装置3によって制御することにより、当該電源回路2から安定した直流電圧を生成、出力するものである。
A
本実施形態の電源回路2は、入力端子21、出力端子22、スイッチング素子としての複数のトランジスタ23、インダクタ24、コンデンサ25等を含んで構成されるスイッチング方式の降圧型DC−DCコンバータ回路である。入力端子21は、バッテリ等の直流電源に接続されており、当該直流電源から直流電力として、入力電圧Vinが入力される。出力端子22は、電力を消費する電気機器に接続されており、この電源回路2で変換した出力電圧Voutを当該電気機器に出力する。電源回路2は、入力端子21と出力端子22との間に複数のトランジスタ23が並列に接続され、これらの出力端子22側にインダクタ24、コンデンサ25が配置されている。電源回路2は、スイッチング素子である複数のトランジスタ23が並列に設けられることで、回路全体で相対的に大きな電流を流すことができるようになっている。
The
より詳細には、本実施形態の電源回路2は、複数のトランジスタ23として、トランジスタ23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23hの合計8つを含んで構成される。トランジスタ23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23hは、例えば、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)を用いることができるが、これに限らず他のスイッチング素子であってもよい。ここでは、トランジスタ23a、23b、23e、23fは、ドレイン端子に入力端子21が接続され、ソース端子にインダクタ24の一端及びトランジスタ23c、23d、23g、23hのドレイン端子が接続され、ゲート端子に制御装置3が接続される。トランジスタ23c、23d、23g、23hは、ドレイン端子にインダクタ24の一端及びトランジスタ23a、23b、23e、23fのソース端子が接続され、ソース端子にGND端子が接続され、ゲート端子に制御装置3が接続される。インダクタ24は、上述したように一端にトランジスタ23a、23b、23e、23fのソース端子及びトランジスタ23c、23d、23g、23hのドレイン端子が接続され、他端にコンデンサ25の一端及び出力端子22が接続される。コンデンサ25は、平滑化用のコンデンサであり、上述したように一端にインダクタ24の他端及び出力端子22が接続され、他端にGND端子が接続される。なお、以下の説明では、複数のトランジスタ23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23hを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「トランジスタ23」という場合がある。
More specifically, the
本実施形態の電源回路2は、複数のトランジスタ23によって、入力電圧Vinを変換し出力電圧Voutを生成する駆動状態(電力変換状態)と電力の変換を停止した停止状態とに個別に切り替え可能であるスイッチング方式の複数の電力変換部26が構成される。ここでは、エリアAに属するトランジスタ23a、23b、23c、23dは、第1電力変換部26aを構成し、エリアBに属するトランジスタ23e、23f、23g、23hは、第2電力変換部26bを構成する。電源回路2は、複数のトランジスタ23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23hのオン・オフを個別に制御することで、第1電力変換部26aと第2電力変換部26bとにおいて、駆動状態と停止状態とを個別に切り替えることができる。電源回路2は、各電力変換部26(第1電力変換部26a、第2電力変換部26b)において、制御装置3によってトランジスタ23のデューティ期間(ON期間)が制御されることで、入力端子21に入力された入力電圧Vinを直流の出力電圧Voutに電圧変換して出力端子22から電気機器に出力する。
The
制御装置3は、図2に示すように、制御IC(Integrated Circuit)31と、切替装置32と、ドライバIC33とを含んで構成される。ドライバIC33は、上述の複数の電力変換部26、ここでは、第1電力変換部26a、第2電力変換部26bに対応して2系統設けられる。すなわち、ドライバIC33は、第1電力変換部26aに対応して設けられた第1ドライバIC33aと、第2電力変換部26bに対応して設けられた第2ドライバIC33bとを含んで構成される。
As shown in FIG. 2, the
制御IC31は、電源回路2の駆動を制御するものであり、CPU、ROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される集積回路である。制御IC31は、切替装置32、ドライバIC33等を介して各トランジスタ23のゲート端子が接続されると共に、電圧検出ライン4(図1等参照)を介して電源回路2の出力端子22が接続されており、電源回路2からの出力電圧Voutが入力される。そして、制御IC31は、例えば、目標電圧と電源回路2からの出力電圧Voutとの差電圧に基づいて、電源回路2のスイッチング素子であるトランジスタ23を制御し、当該電源回路2からの出力電圧Voutを当該目標電圧に収束させるフィードバック制御を実行する。制御IC31は、目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧に基づいて各トランジスタ23の制御量を演算し当該制御量に基づいて当該各トランジスタ23を制御する。
The
切替装置32は、制御IC31と各ドライバIC33(第1ドライバIC33a、第2ドライバIC33b)との接続関係を切り替えるものである。切替装置32は、スイッチSW1、SW2、SW3、SW4を含んで構成される。スイッチSW1、SW2は、制御IC31と第1ドライバIC33aとを接続した接続状態(オン)と、制御IC31と第1ドライバIC33aとの接続を遮断した遮断状態(オフ)とに切り替え可能である。スイッチSW3、SW4は、制御IC31と第2ドライバIC33bとを接続した接続状態(オン)と、制御IC31と第2ドライバIC33bとの接続を遮断した遮断状態(オフ)とに切り替え可能である。
The switching
制御IC31は、切替装置32に信号5(信号1〜4については後述する。)を出力することで、各スイッチSW1、SW2、SW3、SW4の状態を切り替えることができる。ここで、信号5は、切替装置32の各スイッチSW1、SW2、SW3、SW4の状態を制御するためのSW制御信号である。切替装置32の各スイッチSW1、SW2、SW3、SW4は、制御IC31から入力される信号5に基づいて、オン・オフが切り替えられる。制御IC31は、スイッチSW1、SW2をオンとすることで第1電力変換部26aを駆動状態(電力変換状態)とすることができ、スイッチSW1、SW2をオフとすることで第1電力変換部26aを停止状態とすることができる。同様に、制御IC31は、スイッチSW3、SW4をオンとすることで第2電力変換部26bを駆動状態(電力変換状態)とすることができ、スイッチSW3、SW4をオフとすることで第2電力変換部26bを停止状態とすることができる。
The
ドライバIC33(第1ドライバIC33a、第2ドライバIC33b)は、制御IC31からの指令に応じて各トランジスタ23に信号1〜4を出力し、これらの駆動を実際に制御するものであり、CPU、ROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される集積回路である。ここでは、第1ドライバIC33aは、第1電力変換部26aを構成するトランジスタ23a、23b、23c、23dに接続され、トランジスタ23a、23bに対して共通の信号1を出力することで当該トランジスタ23a、23bのオン・オフを制御し、トランジスタ23c、23dに対して共通の信号2を出力することで当該トランジスタ23c、23dのオン・オフを制御する。第2ドライバIC33bは、第2電力変換部26bを構成するトランジスタ23e、23f、23g、23hに接続され、トランジスタ23e、23fに対して共通の信号3を出力することで当該トランジスタ23e、23fのオン・オフを制御し、トランジスタ23g、23hに対して共通の信号4を出力することで当該トランジスタ23g、23hのオン・オフを制御する。ここで、信号1〜4は、各トランジスタ23のオン・オフを制御するためのPWM信号である。各トランジスタ23は、制御IC31から各ドライバIC33を介して入力される信号1〜4に基づいて、オン・オフが切り替えられる。
The driver IC 33 (the
より詳細には、制御IC31は、目標電圧と、電圧検出ライン4を介して入力される電源回路2からの出力電圧Voutとの差電圧を演算する。目標電圧は、フィードバック制御において、出力電圧Voutの目標となる電圧であり、典型的には、電源回路2に接続される電気機器で要求される電圧等に応じて定まる。そして、制御IC31は、演算した目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧に基づいて、各トランジスタ23の制御量を演算する。ここで、各トランジスタ23の制御量は、典型的には、スイッチング素子であるトランジスタ23のオン期間の長さに相当するデューティ期間である。電源回路2の出力電圧Voutは、各トランジスタ23における当該デューティ期間が相対的に長くなるほど相対的に大きくなり、当該デューティ期間が相対的に短くなるほど相対的に小さくなる。制御IC31は、いわゆるP制御、PI制御、あるいは、PID制御によって、演算した目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧が小さくなるように(すなわち、出力電圧Voutが目標電圧に収束するように)各トランジスタ23の制御量であるデューティ期間を演算する。制御IC31は、例えば、目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧とトランジスタ23の制御量であるデューティ期間との対応関係を規定した制御量マップ(あるいは数式モデル)等が記憶部に記憶されており、当該制御量マップを用いて目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧から、制御の目標とするデューティ期間を演算する。具体的には、制御IC31は、目標電圧と出力電圧Voutとの差電圧が相対的に大きいほどデューティ期間を相対的に長くし、当該差電圧が相対的に小さいほどデューティ期間を相対的に短くする。そして、制御IC31は、演算したデューティ期間に基づいて、各ドライバIC33に指令を出力し、各ドライバIC33によってパルス幅変調したPWM信号(パルス信号)を生成し、信号1〜4として、各トランジスタ23に出力し、出力電圧Voutが目標電圧に収束するように当該トランジスタ23をオン・オフ制御する。
More specifically, the
そして、本実施形態の制御装置3の制御IC31は、電源回路2における電力変換効率ηを演算し、当該演算した電力変換効率ηに基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行することで、電力変換効率ηの向上を図っている。
And control IC31 of the
ここで、「電力変換効率η」とは、電源回路2において、入出力される電力が変換される効率を表す。電源回路2の電力変換効率ηとは、典型的には、停止状態にある電力変換部26を除いて駆動状態にある電力変換部26による電源回路2全体での電力変換効率ηに相当する。電力変換効率ηは、例えば、電源回路2の入力電力と出力電力との比率であり、入力電力をPin、出力電力をPoutとすると、η=Pout/Pin×100[%]で表すことができる。電力変換効率ηは、100%に近づくほど効率が良いことになり、内部の損失が少なくなる。この電力変換効率ηは、例えば、図3、図4に示すように、電源回路2における温度や負荷率等に応じて変動する傾向にある。
Here, “power conversion efficiency η” represents the efficiency with which the input / output power is converted in the
図3は、横軸を温度とし、縦軸を電源回路2の電力変換効率ηとしている。電力変換効率ηは、図3に示すように、例えば、電力変換部26の温度(例えば、各トランジスタ23の温度)が相対的に高くなるほど低下する傾向にある。
In FIG. 3, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents power conversion efficiency η of the
図4は、横軸を負荷率とし、縦軸を電源回路2の電力変換効率ηとしている。ここで、「負荷率」とは、電源回路2を流れる電流(負荷電流)の定格電流(A)に対する比率(あるいは定格出力容量(W)に対する負荷容量の比率)を百分率で表すものである。つまり、負荷率が100%の状態とは、電源回路2に定格電流が流れている状態を意味する。さらに言えば、駆動状態にある電力変換部26の負荷率とは、典型的には、駆動状態にある電力変換部26のスイッチング素子である各トランジスタ23の負荷率に相当する。ここでは、各トランジスタ23は、電気的に並列に設けられているので、基本的には、駆動状態にある電力変換部26の各トランジスタ23における各負荷率は、ほぼ同等となる。駆動状態にある各電力変換部26の負荷率は、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に多いほど相対的に低くなり、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に少ないほど相対的に高くなる傾向にある。
In FIG. 4, the horizontal axis is the load factor, and the vertical axis is the power conversion efficiency η of the
そして、電力変換効率ηは、図4に示すように、駆動状態にある各電力変換部26の負荷率が相対的に低い状態から当該負荷率が徐々に増加するのに伴って増加し、ピーク(最大値)を経た後、徐々に低下する傾向にある。つまり、電力変換効率ηは、当該電力変換効率ηがピークとなる負荷率を境界として、低負荷率側の領域では、典型的には、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に少なくなり負荷率が相対的に高くなるほど相対的に高くなる傾向にある。一方、電力変換効率ηは、当該電力変換効率ηがピークとなる負荷率を境界として、高負荷率側の領域では、典型的には、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に多くなり負荷率が相対的に低くなるほど相対的に高くなる傾向にある。例えば、制御IC31は、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が高すぎる場合、駆動状態にある電力変換部26の数を増加することで、各電力変換部26における各トランジスタ23のON抵抗を小さくすることができ、導通損失を抑制することができる。これにより、制御IC31は、各トランジスタ23を流れる電流が相対的に少なくなり導通損失を抑制することで、例えば、発熱を抑制し温度上昇を抑制することができ、電力変換効率ηを向上することができる。
As shown in FIG. 4, the power conversion efficiency η increases as the load factor gradually increases from a state where the load factor of each
本実施形態の制御IC31は、電力変換効率ηの上記のような傾向を踏まえて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御(以下、単に「切替制御」という場合がある。)を実行する。制御IC31は、電源回路2の電力変換効率ηを演算し、当該演算した電力変換効率ηに基づいて駆動状態とする電力変換部26を選択し、当該駆動状態にある電力変換部26の数を調節することで、各電力変換部26の負荷率を調節し、これより、電源回路2の全体において最適な電力変換効率ηを実現する。
The
さらに、本実施形態の制御IC31は、駆動状態にある電力変換部26の負荷率に基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行することで、より好適に電力変換効率ηを向上させている。つまり、制御IC31は、電源回路2の電力変換効率ηと、駆動状態にある電力変換部26の負荷率とに基づいて、電力変換部26の切替制御を行う。
Furthermore, the
以下、図4を参照して、制御IC31による電力変換部26の切替制御の具体例について説明する。なお、以下の説明では、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態とは、第1電力変換部26aが駆動状態であり、第2電力変換部26bが停止状態であるシングルコンバータ状態であるものとして説明する。一方、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態とは、第1電力変換部26a、及び、第2電力変換部26bの両方が駆動状態であるデュアルコンバータ状態であるものとして説明する。つまり、このスイッチング電源1では、電源回路2において電力変換を行う場合には、基本的には、第1電力変換部26aが駆動状態(SW1、SW2がオン状態)で維持された上で、電源回路2の電力変換効率ηと駆動状態にある電力変換部26の負荷率とに基づいて、第2電力変換部26bの状態が切り替えられることとなる。
Hereinafter, a specific example of the switching control of the
制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が予め設定される駆動判定用負荷率規定値Th11以上であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが予め設定される駆動判定用効率規定値Th21未満である場合(例えば図4中の動作点Aに相当する場合)に駆動状態の電力変換部26の数を相対的に多くする。つまり、制御IC31は、シングルコンバータ状態で第1電力変換部26aの負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21未満である場合に切替装置32のスイッチSW3、SW4をオンとする。これにより、制御IC31は、第1電力変換部26aに加えて第2電力変換部26bも駆動状態とし、デュアルコンバータ状態に切り替える。ここで、駆動判定用負荷率規定値Th11は、電力変換部26の負荷率に対して予め設定される閾値であり、例えば、この電源回路2における負荷率と電力変換効率との特性等に応じて予め設定される値である。駆動判定用負荷率規定値Th11は、典型的には、電力変換効率ηがピークとなる負荷率よりも高い値(すなわち、負荷率が高くなるほど電力変換効率ηが悪化する領域内の値)に設定される。駆動判定用効率規定値Th21は、電力変換効率ηに対して予め設定される閾値であり、例えば、この電源回路2における負荷率と電力変換効率との特性等に応じて予め設定される値である。駆動判定用効率規定値Th21は、典型的には、許容できる電力変換効率η等に基づいて設定される。この結果、電源回路2は、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に多くなり各電力変換部26における負荷率が相対的に低くなるので、電力変換効率ηを向上することができる。
The
制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であっても、電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21以上である場合(例えば図4中の動作点Bに相当する場合)には、電力変換効率ηの落ち込みがさほど大きくないことから、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態のまま維持する。また、制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11未満である場合(例えば図4中の動作点Cに相当する場合)、駆動状態の電力変換部26の数をさらに少なくし負荷率を上げることができないのであれば、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態のまま維持する。つまり、制御IC31は、シングルコンバータ状態で第1電力変換部26aの負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21以上である場合、あるいは、第1電力変換部26aの負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11未満である場合には、そのままシングルコンバータ状態を維持する。
Even if the load factor of the
制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が予め設定される停止判定用負荷率規定値Th12未満であり、かつ、駆動状態にある電源回路2の電力変換効率ηが予め設定される停止判定用効率規定値Th22未満である場合(例えば図4中の動作点Dに相当する場合)に駆動状態の電力変換部26の数を相対的に少なくする。つまり、制御IC31は、デュアルコンバータ状態で第1電力変換部26a、第2電力変換部26bの負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12未満であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22未満である場合に切替装置32のスイッチSW3、SW4をオフとする。これにより、制御IC31は、第2電力変換部26bを停止状態とし、シングルコンバータ状態に切り替える。ここで、停止判定用負荷率規定値Th12は、電力変換部26の負荷率に対して予め設定される閾値であり、例えば、この電源回路2における負荷率と電力変換効率との特性等に応じて予め設定される値である。停止判定用負荷率規定値Th12は、典型的には、電力変換効率ηがピークとなる負荷率よりも高い値(すなわち、負荷率が高くなるほど電力変換効率ηが悪化する領域内の値)に設定される(ヒステリシスαについては後述する。)。停止判定用効率規定値Th22は、電力変換効率ηに対して予め設定される閾値であり、例えば、この電源回路2における負荷率と電力変換効率との特性等に応じて予め設定される値である。停止判定用効率規定値Th22は、典型的には、許容できる電力変換効率ηや電力変換効率ηのピーク等に基づいて設定される(ヒステリシスβについては後述する。)。この結果、電源回路2は、駆動状態にある電力変換部26の数が相対的に少なくなり各電力変換部26における負荷率が相対的に高くなるので、電力変換効率ηを向上することができる。
The
制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12未満であっても、電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22以上である場合(例えば図4中の動作点Eに相当する場合)には、電力変換効率ηが良好な状態であるので、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態のまま維持する。また、制御IC31は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12以上である場合(例えば図4中の動作点Fに相当する場合)、駆動状態の電力変換部26の数をさらに多くし負荷率を下げることができないのであれば、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態のまま維持する。つまり、制御IC31は、デュアルコンバータ状態で第1電力変換部26a、第2電力変換部26bの負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12未満であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22以上である場合、あるいは、第1電力変換部26a、第2電力変換部26bの負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12以上である場合には、そのままデュアルコンバータ状態を維持する。
Even if the load factor of the
なお、本実施形態の制御IC31による切替制御では、駆動判定用負荷率規定値Th11と停止判定用負荷率規定値Th12とは、ヒステリシスαが設定されており、これにより、ハンチングの発生を抑制している。ここでは、停止判定用負荷率規定値Th12は、駆動判定用負荷率規定値Th11に対してヒステリシスαだけ小さな値に設定されている。また、駆動判定用効率規定値Th21と停止判定用効率規定値Th22とは、ヒステリシスβが設定されており、これにより、ハンチングの発生を抑制している。ここでは、停止判定用効率規定値Th22は、駆動判定用効率規定値Th21に対してヒステリシスβだけ大きな値に設定されている。ヒステリシスα、βは、予め任意に設定されればよい。
In the switching control by the
次に、図5のフローチャートを参照して制御IC31による電力変換部26の切替制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数msないし数十ms毎の制御周期(クロック単位)で繰り返し実行される。
Next, an example of switching control of the
まず、制御IC31は、定期監視により電源回路2の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流、負荷率等に関する情報を取得する(ステップST1)。
First, the
次に、制御IC31は、ステップST1で取得した情報(電源回路2の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流等)に基づいて、電源回路2の電力変換効率ηの実測値を算出する演算処理を行う(ステップST2)。
Next, the
次に、制御IC31は、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが停止中であるか否かを判定する(ステップST3)。
Next, the
制御IC31は、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが停止中であると判定した場合、言い換えれば、シングルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST3:Yes)、ステップST1で取得した情報(負荷率)に基づいて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であるか否かを判定する(ステップST4)。
When the
制御IC31は、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であると判定した場合(ステップST4:Yes)、ステップST2で演算した電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21未満であるか否かを判定する(ステップST5)。
When the
制御IC31は、電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21未満であると判定した場合(ステップST5:Yes)、切替装置32のスイッチSW3、SW4をオンとし、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bを駆動状態としてデュアルコンバータ状態に切り替えて(ステップST6)、本制御フローを終了し、ステップST1に戻る。
When the
制御IC31は、ステップST4にて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が駆動判定用負荷率規定値Th11未満であると判定した場合(ステップST4:No)、ステップST5にて、電源回路2の電力変換効率ηが駆動判定用効率規定値Th21以上であると判定した場合(ステップST5:No)、シングルコンバータ状態のまま本制御フローを終了し、ステップST1に戻る。
When the
制御IC31は、ステップST3にて、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが駆動中であると判定した場合、言い換えれば、デュアルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST3:No)、ステップST1で取得した情報(負荷率)に基づいて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12(Th12=Th11−α)未満であるか否かを判定する(ステップST7)。
When the
制御IC31は、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12未満であると判定した場合(ステップST7:Yes)、ステップST2で演算した電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22(Th22=Th21−β)未満であるか否かを判定する(ステップST8)。
When the
制御IC31は、電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22未満であると判定した場合(ステップST8:Yes)、切替装置32のスイッチSW3、SW4をオフとし、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bを停止状態としてシングルコンバータ状態に切り替えて(ステップST9)、本制御フローを終了し、ステップST1に戻る。
When the
制御IC31は、ステップST7にて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率が停止判定用負荷率規定値Th12以上であると判定した場合(ステップST7:No)、ステップST8にて、電源回路2の電力変換効率ηが停止判定用効率規定値Th22以上であると判定した場合(ステップST8:No)、デュアルコンバータ状態のまま本制御フローを終了し、ステップST1に戻る。
When the
以上で説明したスイッチング電源1によれば、入力電圧Vinを変換し出力電圧Voutを生成する駆動状態と電力の変換を停止した停止状態とに個別に切り替え可能であるスイッチング方式の複数の電力変換部26を有する電源回路2と、電源回路2の電力変換効率ηを演算し、当該演算した電力変換効率ηに基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行可能である制御装置3とを備える。
According to the switching
したがって、スイッチング電源1は、制御装置3によって電源回路2の電力変換効率ηを演算し、当該演算した電力変換効率ηに基づいて、各電力変換部26の駆動状態/停止状態を個別に切り替える制御を実行するので、実際の電力変換効率ηが最適となるように各電力変換部26の状態を切り替えることができる。この結果、スイッチング電源1は、電力変換効率ηを向上することができる。そして、スイッチング電源1は、小容量(小電流時)から大容量(大電流時)まで幅広い範囲で動作し、かつ、例えば、電気機器の負荷の大きさ等にかかわらず高効率で電力変換を行うことができる。
Therefore, the switching
より詳細には、以上で説明したスイッチング電源1によれば、制御装置3は、さらに、駆動状態にある電力変換部26の負荷率に基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行可能である。したがって、制御装置3は、電源回路2の電力変換効率ηと駆動状態にある電力変換部26の負荷率とに基づいて、各電力変換部26の切替制御を行うので、各電力変換部26の状態を素早くかつ高精度に最適化することができ、より好適に電力変換効率ηを向上させることができる。
More specifically, according to the switching
具体的には、以上で説明したスイッチング電源1によれば、制御装置3は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が予め設定される駆動判定用負荷率規定値Th11以上であり、かつ、電源回路2の電力変換効率ηが予め設定される駆動判定用効率規定値Th21未満である場合に駆動状態の電力変換部26の数を相対的に多くする。制御装置3は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態で駆動状態にある電力変換部26の負荷率が予め設定される停止判定用負荷率規定値Th12未満であり、かつ、駆動状態にある電源回路2の電力変換効率ηが予め設定される停止判定用効率規定値Th22未満である場合に駆動状態の電力変換部26の数を相対的に少なくする。したがって、スイッチング電源1は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に少ない状態で電力変換部26の負荷率が高すぎて電力変換効率ηが悪化している場合に、駆動状態にある電力変換部26の数を相対的に多くすることで、各電力変換部26における負荷率を抑制し、電力変換効率ηを向上することができる。また、スイッチング電源1は、駆動状態の電力変換部26の数が相対的に多い状態で電力変換部26の負荷率が低すぎて電力変換効率ηが悪化している場合に、駆動状態にある電力変換部26の数を相対的に少なくすることで、各電力変換部26における負荷率を増加し、電力変換効率ηを向上することができる。
Specifically, according to the switching
また、以上で説明したスイッチング電源1によれば、少なくとも駆動判定用負荷率規定値Th11と停止判定用負荷率規定値Th12とは、ヒステリシスαが設定されている。したがって、スイッチング電源1は、電力変換部26の切替制御においてハンチングが発生することを抑制することができ、制御のばたつきを抑制することができるので、電力変換部26において駆動状態と停止状態との切り替えが短期間で頻発することを抑制することができる。
Further, according to the switching
なお、以上の説明では、スイッチング電源1は、電源回路2において電力変換を行う場合には、基本的には、第1電力変換部26aが駆動状態で維持されるものとして説明したが、例えば、第1電力変換部26aが故障した場合には、当該第1電力変換部26aを停止状態とし、第2電力変換部26bを駆動状態としてもよい。制御IC31は、例えば、電源回路2の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流等に基づいて第1電力変換部26aの故障を判定する。そして、制御IC31は、第1電力変換部26aが故障していることを検知した場合には、切替装置32のスイッチSW3、SW4をオンとし第2電力変換部26bを駆動状態とすると共に、切替装置32のスイッチSW1、SW2をオフとし第1電力変換部26aを停止状態とする。この場合、スイッチング電源1は、第1電力変換部26aが故障した場合であっても第2電力変換部26bによって最低限の電力変換を継続することができ、コンバータ機能が完全に停止してしまうことを抑制することができる。
In the above description, the switching
[実施形態2]
図6は、実施形態2に係るスイッチング電源の制御装置の概略構成の一例を表すブロック図である。図7は、実施形態2に係るスイッチング電源の制御装置による切替制御の一例を表すフローチャートである。図8は、実施形態2に係るスイッチング電源の制御装置による切替制御の他の一例を表すフローチャートである。図9は、実施形態2に係るスイッチング電源の制御装置による通知制御の一例を表すフローチャートである。実施形態2に係るスイッチング電源は、さらに、制御装置が上位ECUと接続されている点で実施形態1とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略する。また、スイッチング電源の各部の構成については、適宜図1も参照する。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a control device for a switching power supply according to the second embodiment. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of switching control by the switching power supply control device according to the second embodiment. FIG. 8 is a flowchart illustrating another example of the switching control by the switching power supply control device according to the second embodiment. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of notification control by the switching power supply control device according to the second embodiment. The switching power supply according to the second embodiment is further different from the first embodiment in that the control device is connected to the host ECU. In addition, about the structure, operation | movement, and effect which are common in embodiment mentioned above, the overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible. For the configuration of each part of the switching power supply, refer to FIG. 1 as appropriate.
本実施形態のスイッチング電源201は、電源回路2と、制御装置203とを備える(図1等参照)。電源回路2は、スイッチング電源1で説明した電源回路2と同様の構成である。また、制御装置203は、図6に示すように、制御IC31と、切替装置32と、ドライバIC33とを含んで構成される点はスイッチング電源1で説明した制御装置3と同様の構成である。
The switching
本実施形態の制御装置203は、上位ECU(Electronic Control Unit)300と接続されており、相互に情報の授受を行うことができる。上位ECU300は、出力端子22に接続されスイッチング電源201から電力が供給される電気機器の駆動を制御するものである。上位ECU300は、例えば、このスイッチング電源201が車両に搭載される場合には、当該車両の各部を制御するECU等に相当する。
The
そして、本実施形態の制御装置203は、上位ECU300から、電源回路2が変換した電力が供給される電気機器の負荷情報を取得し、当該負荷情報に基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行可能である。
And the
具体的には、上位ECU300は、制御装置203の制御IC31に接続されている。制御IC31は、上位ECU300から電気機器の負荷情報を取得し、例えば、今後の負荷変動を予測し、当該予測に基づいて電力変換部26の切替制御を行う。言い換えれば、制御IC31は、上位ECU300から電気機器の負荷情報を取得し、今後の負荷変動を見込んで電力変換部26の切替制御を行う。
Specifically, the
この場合、制御IC31は、電力変換部26の切替制御における負荷率の判定において、電気機器の負荷情報に基づいて予測される負荷変動を、電力変換部26の負荷率に反映させるようにしてもよい。
In this case, in the determination of the load factor in the switching control of the
図7は、電気機器の負荷情報を反映させた切替制御の一例を表すフローチャートである。図7の説明では、ステップST2、ST3、ST5、ST6、ST8、ST9については、上述の図5と同様であるのでここではその説明を省略する。 FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the switching control reflecting the load information of the electric device. In the description of FIG. 7, steps ST2, ST3, ST5, ST6, ST8, and ST9 are the same as those in FIG.
この場合、制御IC31は、まず、定期監視により電源回路2の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流、負荷率等に関する情報を取得する。そして、制御IC31は、上位ECU300から電気機器の負荷情報を取得し、今後の負荷変動を予測すると共に、予測される負荷変動に基づいて、電力変換部26の負荷率の予測値を算出し(ステップST201)、ステップST2の処理に移行する。
In this case, the
そして、制御IC31は、ステップST3にて、シングルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST3:Yes)、ステップST201で取得し算出した情報(負荷率の予測値)に基づいて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率の予測値が駆動判定用負荷率規定値Th11以上であるか否かを判定し(ステップST204)、以降の処理を行う。同様に、制御IC31は、ステップST3にて、デュアルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST3:No)、ステップST201で取得し算出した情報(負荷率の予測値)に基づいて、駆動状態にある電力変換部26の負荷率の予測値が停止判定用負荷率規定値Th12未満であるか否かを判定し(ステップST207)、以降の処理を行う。
If the
したがって、制御IC31は、今後の負荷変動を見込んだ電力変換部26の負荷率の予測値に基づいて、切替制御を行うことができるので、例えば、電気機器の負荷が大きく増加する前に、事前に複数の電力変換部26を制御し、駆動状態の電力変換部26の数を相対的に多くしデュアルコンバータ状態としておくことができる。これにより、スイッチング電源201は、電気機器の負荷増大に対して予め駆動状態の電力変換部26の数を多くしておくことで、当該負荷の増大にそなえておくことができる。
Therefore, since the
なお、制御IC31は、図7で説明したように、電気機器の負荷情報を負荷率に反映させて切替制御を行う手法に限らず、電気機器の負荷情報に基づいて予測される負荷変動に応じて直接的に切替制御を行うようにしてもよい。例えば、制御IC31は、電気機器の負荷情報に基づいて、今後、電気機器の負荷が増大すると見込まれる場合には、実際に負荷が増大する前に事前に複数の電力変換部26を制御し、駆動状態の電力変換部26の数を相対的に多くしデュアルコンバータ状態とする。これにより、スイッチング電源201は、電気機器の負荷増大に対して予め駆動状態の電力変換部26の数を多くしておくことで、当該負荷の増大にそなえておくことができる。同様に、制御IC31は、今後、電気機器の負荷が低下すると見込まれる場合には、実際に負荷が低下する前に事前に複数の電力変換部26を制御し、駆動状態の電力変換部26の数を相対的に少なくしシングルコンバータ状態とする。これにより、スイッチング電源201は、電気機器の負荷低下に対して予め駆動状態の電力変換部26の数を少なくしておくことで、当該負荷の低下にそなえておくことができる。なお、上記のように、電気機器の負荷低下にそなえてシングルコンバータ状態とする制御は、あくまでも電気負荷で要求される電力を満たせる範囲で行うものである。
As described with reference to FIG. 7, the
この場合、制御IC31は、例えば、図5の制御とは別ルーチンとして、図8に示すような制御を行えばよい。
In this case, the
当該図8の制御では、制御IC31は、まず、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが停止中であるか否かを判定する(ステップST301)。
In the control of FIG. 8, the
制御IC31は、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが停止中であると判定した場合、言い換えれば、シングルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST301:Yes)、上位ECU300から取得した電気機器の負荷情報に基づいて、今後、電気機器の負荷が所定値より大きくなると見込まれるか否かを判定する(ステップST302)。ここで、所定値は、電気機器の負荷に対して予め設定される閾値であり、各電力変換部26の容量等に応じて設定される。制御IC31は、電気機器の負荷が所定値より大きくならないと判定した場合(ステップST302:No)、本制御フローを終了し、ステップST301に戻る。
When the
制御IC31は、電気機器の負荷が所定値より大きくなると見込まれると判定した場合(ステップST302:Yes)、切替装置32のスイッチSW3、SW4をオンとし、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bを駆動状態としてデュアルコンバータ状態に切り替えて(ステップST303)、本制御フローを終了し、ステップST301に戻る。
When the
制御IC31は、ステップST301にて、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bが駆動中であると判定した場合、言い換えれば、デュアルコンバータ状態であると判定した場合(ステップST301:No)、上位ECU300から取得した電気機器の負荷情報に基づいて、今後、電気機器の負荷が所定値以下となると見込まれるか否かを判定する(ステップST304)。制御IC31は、電気機器の実際の負荷が所定値以下とはならないと判定した場合(ステップST304:No)、本制御フローを終了し、ステップST301に戻る。
When the
制御IC31は、電気機器の負荷が所定値以下となると見込まれると判定した場合(ステップST304:Yes)、切替装置32のスイッチSW3、SW4をオフとし、エリアB、すなわち、第2電力変換部26bを停止状態としてシングルコンバータ状態に切り替えて(ステップST305)、本制御フローを終了し、ステップST301に戻る。
When the
なお、本実施形態の制御IC31は、第1電力変換部26aが故障している等の異常を検知した場合には、上述のように当該第1電力変換部26aを停止状態とし、第2電力変換部26bを駆動状態とすると共に、さらに上位ECU300に電力変換部26の一部に異常が発生している旨の通知を行うようにしてもよい。この場合のフローの一例を図9に示す。
Note that when the
当該図9の制御では、制御IC31は、例えば、電源回路2の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流等に基づいて電力変換部26の故障等の異常が発生したか否かを判定する(ステップST401)。制御IC31は、異常が発生していないと判定した場合(ステップST401:No)、本制御フローを終了し、ステップST401に戻る。制御IC31は、異常が発生した(異常あり)と判定した場合(ステップST401:Yes)、上位ECU300に電力変換部26の一部に異常が発生している旨の通知を行い(ステップST402)、本制御フローを終了し、ステップST401に戻る。そして、上位ECU300は、制御IC31から電力変換部26の一部に異常が発生している旨の通知を受信した場合、例えば、電気機器の負荷に対して上限制限を行うようにしてもよい。
In the control of FIG. 9, the
以上で説明したスイッチング電源201は、制御装置3によって電源回路2の電力変換効率ηを演算し、当該演算した電力変換効率ηに基づいて、各電力変換部26の駆動状態/停止状態を個別に切り替える制御を実行するので、実際の電力変換効率ηが最適となるように各電力変換部26の状態を切り替えることができる。この結果、スイッチング電源201は、電力変換効率ηを向上することができる。
The switching
さらに、以上で説明したスイッチング電源201によれば、制御装置3は、電源回路2が変換した電力が供給される電気機器の負荷情報を取得し、当該負荷情報に基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行可能である。したがって、スイッチング電源201は、今後の負荷変動を見込んで電力変換部26の切替制御を行うことができる。これにより、スイッチング電源201は、例えば、電気機器の負荷増大に対して予め駆動状態の電力変換部26の数を多くしておくことができ、当該負荷の増大にそなえておくことができ、また、電気機器の負荷低下に対して予め駆動状態の電力変換部26の数を少なくしておくことができ、当該負荷の低下にそなえておくことができる。この結果、スイッチング電源201は、電気機器の負荷の変動等に対して電力変換効率ηが一時的に悪化することを抑制することができるので、電力変換効率ηを向上することができる。
Furthermore, according to the switching
なお、上述した本発明の実施形態に係るスイッチング電源は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本実施形態に係るスイッチング電源は、以上で説明した各実施形態、変形例の構成要素を適宜組み合わせることで構成してもよい。 The switching power supply according to the above-described embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope described in the claims. The switching power supply according to the present embodiment may be configured by appropriately combining the components of the embodiments and modifications described above.
以上の説明では、電源回路2は、スイッチング方式の降圧型DC−DCコンバータ回路であるものとして説明したが、これに限らず、例えば、スイッチング方式の昇圧型DC−DCコンバータ回路であってもよいし、スイッチング素子を備えた他の回路であってもよい。また、電源回路2は、直流電源にかえて、他の電源回路等から入力電圧Vinが供給される入力端子を含んで構成されるものであってもよく、例えば、AC−DCコンバータ回路の一部に組み込まれるものであってもよい。
In the above description, the
また、制御IC31は、以上で説明した負荷率の比較を、単純に負荷電流値に基づいて行ってもよい。また、制御IC31は、例えば、第1電力変換部26aに相当するエリアAの配線抵抗を他のエリアBと同等とすることで、スイッチSW1、SW2を省略することも可能である。
Further, the
以上の説明では、複数のトランジスタ23は、トランジスタ23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23hの合計8つであるものとして説明したが、これに限らず、9つ以上であってもよいし、少なくとも2つ以上あれば7つ以下であってもよい。複数の電力変換部26は、第1電力変換部26aと第2電力変換部26bとの2つであるものとして説明したがこれに限らず、3つ以上であってもよい。また、以上の説明では、第1電力変換部26aと第2電力変換部26bとは、共に4つのトランジスタ23を含んで構成されるものとして説明したが、これに限らず、それぞれ少なくとも1つ以上のトランジスタ23を含んで構成されればよい。また、第1電力変換部26aと第2電力変換部26bとは、トランジスタ23の数(言い換えれば、電力変換容量)が同等でなくてもよく、一方が相対的に少なく他方が相対的に多い構成であってもよい。つまり、電源回路2は、少なくとも複数の電力変換部26を備えていればよく、各電力変換部26(各エリア)に搭載するスイッチング素子(トランジスタ23)の数は、スイッチング素子を駆動する回路、又は、スイッチング素子の仕様の範囲内であれば何個使用してもよい。
In the above description, the plurality of
以上の説明では、制御IC31は、電力変換効率ηと負荷率とに基づいて、複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行可能であるものとして説明したが、負荷率にかかわらず電力変換効率ηに基づいて複数の電力変換部26を制御し、個別に駆動状態と停止状態とを切り替える制御を実行するようにしてもよい。この場合、制御IC31は、例えば、最適な目標電力変換効率ηtを予め設定しておくと共に、実測した電力変換効率ηが当該目標電力変換効率ηtに収束するように、駆動状態にある電力変換部26の数を調節するフィードバック制御によって、電力変換部26の切替制御を実行するようにしてもよい。
In the above description, it is assumed that the
以上の説明では、駆動判定用負荷率規定値Th11と停止判定用負荷率規定値Th12とは、ヒステリシスαが設定されているものとして説明したが、これに限らない。すなわち、[ヒステリシスα=0]とし、[駆動判定用負荷率規定値Th11=停止判定用負荷率規定値Th12]としてもよい。同様に、駆動判定用効率規定値Th21と停止判定用効率規定値Th22とは、ヒステリシスβが設定されているものとして説明したが、これに限らない。すなわち、[ヒステリシスβ=0]とし、[駆動判定用効率規定値Th21=停止判定用効率規定値Th22]としてもよい。 In the above description, the drive determination load factor specified value Th11 and the stop determination load factor specified value Th12 have been described as having the hysteresis α, but the present invention is not limited thereto. That is, [Hysteresis α = 0] and [Drive determination load factor prescribed value Th11 = Stop decision load factor prescribed value Th12] may be used. Similarly, the drive determination efficiency specified value Th21 and the stop determination efficiency specified value Th22 have been described as having the hysteresis β, but are not limited thereto. That is, [hysteresis β = 0] and [driving determination efficiency prescribed value Th21 = stop judging efficiency prescribed value Th22] may be used.
1、201 スイッチング電源
2 電源回路
3、203 制御装置
23、23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23h トランジスタ
26 電力変換部
31 制御IC
300 上位ECU
1, 201
300 host ECU
Claims (3)
前記電源回路の電力変換効率を演算し、当該演算した電力変換効率と前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率とに基づいて、前記複数の電力変換部を制御し、個別に前記駆動状態と前記停止状態とを切り替える制御を実行可能である制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される駆動判定用負荷率規定値以上であり、かつ、前記電源回路の電力変換効率が予め設定される駆動判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に多くし、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記駆動判定用負荷率規定値以上であっても、前記電源回路の電力変換効率が前記駆動判定用効率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態のまま維持し、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記駆動判定用負荷率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に少ない状態のまま維持し、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が予め設定される停止判定用負荷率規定値未満であり、かつ、前記駆動状態にある前記電源回路の電力変換効率が予め設定される停止判定用効率規定値未満である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数を相対的に少なくし、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記停止判定用負荷率規定値未満であっても、前記電源回路の前記電力変換効率が前記停止判定用効率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態のまま維持し、
前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態で前記駆動状態にある前記電力変換部の負荷率が前記停止判定用負荷率規定値以上である場合に前記駆動状態の前記電力変換部の数が相対的に多い状態のまま維持することを特徴とする、
スイッチング電源。 A power supply circuit having a plurality of power conversion units of a switching method that can be individually switched between a driving state that converts an input voltage and generates an output voltage and a stopped state that stops power conversion;
The power conversion efficiency of the power supply circuit is calculated, and the plurality of power conversion units are controlled based on the calculated power conversion efficiency and the load factor of the power conversion unit in the driving state, and individually in the driving state And a control device capable of executing control to switch between the stopped states ,
The controller is
A load factor of the power conversion unit in the driving state in a state where the number of the power conversion units in the driving state is relatively small is equal to or higher than a predetermined load determination load factor for determination, and the power supply circuit When the power conversion efficiency of the drive conversion efficiency is less than a preset drive determination efficiency prescribed value, relatively increase the number of the power conversion unit in the drive state,
Even if the load factor of the power conversion unit in the drive state with a relatively small number of the power conversion units in the drive state is equal to or greater than the drive determination load factor prescribed value, the power conversion of the power supply circuit When the efficiency is equal to or higher than the drive determination efficiency prescribed value, the number of the power conversion units in the drive state is maintained in a relatively small state,
The power conversion in the driving state when the load factor of the power conversion unit in the driving state is less than the drive determination load factor prescribed value in a state where the number of the power conversion units in the driving state is relatively small Keep the number of parts relatively small,
The load ratio of the power conversion unit in the drive state in a state where the number of the power conversion units in the drive state is relatively large is less than a preset load determination threshold value for stop determination, and the drive state When the power conversion efficiency of the power supply circuit is less than a preset efficiency determination value for stop determination, the number of the power conversion units in the driving state is relatively reduced,
Even if the load factor of the power conversion unit in the drive state in a state where the number of the power conversion units in the drive state is relatively large is less than the specified load factor for stop determination, the power of the power supply circuit When the conversion efficiency is equal to or higher than the stop determination efficiency prescribed value, the number of the power conversion units in the driving state is maintained in a relatively large state,
The power conversion in the drive state when the load factor of the power conversion unit in the drive state is greater than or equal to the specified load factor for stop determination in a state where the number of the power conversion units in the drive state is relatively large It is characterized by maintaining a relatively large number of parts ,
Switching power supply.
請求項1に記載のスイッチング電源。 The drive determination load factor specified value and the stop determination load factor specified value are set with hysteresis,
The switching power supply according to claim 1 .
請求項1又は請求項2に記載のスイッチング電源。 The control device acquires load information of an electric device to which power converted by the power supply circuit is supplied, controls the plurality of power conversion units based on the load information, and individually controls the driving state and the stop Control to switch between states can be executed,
The switching power supply according to claim 1 or 2 .
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