JP6774884B2 - 電源装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents
電源装置及び電源装置の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6774884B2 JP6774884B2 JP2017013474A JP2017013474A JP6774884B2 JP 6774884 B2 JP6774884 B2 JP 6774884B2 JP 2017013474 A JP2017013474 A JP 2017013474A JP 2017013474 A JP2017013474 A JP 2017013474A JP 6774884 B2 JP6774884 B2 JP 6774884B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- terminal
- power supply
- output
- supply device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 83
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
- G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
- G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の電源装置の一例を示す図である。
電源装置10は、スイッチング素子11,12、インダクタンス素子13a、電流検出回路14、キャパシタンス素子15、制御回路16、ゲートドライバ17、時定数回路18を有する。
電流検出回路14は、キャパシタンス素子14a、抵抗素子14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h、増幅器14i、バイアス電源14jを有する。
CPU16aは、電圧フィードバック制御部16a1と過電流保護制御部16a2の機能を実行する。
メモリ16bは、CPU16aが実行するプログラムや各種データを格納する。
ADC16c〜16fは、制御回路16の入力信号をデジタル信号に変換してCPU16aに供給する。図1の例では、ADC16cは、電流検出回路14が出力する電流検出結果をAD変換して出力する。また、ADC16dは、アナログ値の出力電圧値をAD変換して出力する。また、ADC16eは、アナログ値の時定数回路18の出力値をAD変換して出力する。なお、ADC16fは、なくてもよい。
図1に示すインダクタンス素子13aとして、プレーナ型インダクタを用いることができる。
プレーナ型インダクタ40は、基板41にコイルとして形成される配線パターン42と、フェライトコアなどのコア材43a,43bを有する。
コア材43a,43bは、基板41を挟み込むように設けられる。基板41には、開口部41cが設けられており、コア材43aの凸部同士が開口部41cで接するようになっている。
図4、図5は、第1の実施の形態の電源装置のインダクタンス素子の一例を示す平面図である。
また、インダクタンス素子13aは、フェライトコアなどのコア材54を有する。コア材54は、基板50に設けられた開口部50c,50dを通って、配線パターン51aの一部を覆うように設けられる。
図2の出力電流値算出部16a21は、例えば、以下の式(1)に基づいて、出力電流値Ioutを算出する。
式(1)において、Ipeakは、インダクタンス素子13aに流れる電流のピーク値であるピーク電流値である。Voは出力電圧値、Eは入力電圧値である。また、k=(1/2)・(1/L)・(1/fsw)であり、Lはインダクタンス素子13aのインダクタンス値、fswは、スイッチング周波数である。なお、kは、例えば、予めメモリ16bに記憶されている。
電流検出回路14が出力する電流検出結果は、電圧値(以下電圧値Vsenseという)で表される。電圧値Vsenseは、インダクタンス素子13aに流れる電流値iLに基づく値となる。ADC16cは、電圧値VsenseがピークとなるタイミングでAD変換を行う。そして、出力電流値算出部16a21は、そのAD変換結果を等価直列抵抗13c2の抵抗値と、増幅器14iの増幅率Aで割ることで、ピーク電流値Ipeakを算出する。
図6は、比較例の電源装置を示す図である。図6において図1と同じ要素については同一符号が付されている。
このような電源装置10aにおいて、キャパシタンス素子14aの両端の電位差vcは、以下の式(2)で表せる。
式(2)において、RLは、インダクタンス素子13aの等価直列抵抗13cの抵抗値であり、sはラプラス変換記号を示している。また、T=L/RL、T1=Rf・Cfを表している。Lは、インダクタンス素子13aのインダクタンス値、Rfは、抵抗素子14bの抵抗値、Cfは、キャパシタンス素子14aのキャパシタンス値である。
このとき、増幅器14iが出力する電流検出結果である電圧値Vsenseは、以下の式(3)で表せる。
式(3)において、Aは、増幅器14iの増幅率である。
比較例の電源装置10aにおいて、制御回路16は、式(3)に基づいて、電流値iLのピーク値であるピーク電流値Ipeakを算出し、式(1)に基づいて、出力電流値Ioutを算出する。
T=T1、すなわち、L/RL=Rf・Cfの関係を満たすために、インダクタンス値Lが大きくなると、抵抗値Rfまたはキャパシタンス値Cfを大きくすればよい。しかし、キャパシタンス値Cfを大きくすると損失が増大する。損失Prfは、以下の式(4)で表せる。
式(4)において、fswは、電源装置10aのスイッチング周波数である。式(4)から明らかなように、損失Prfは、キャパシタンス値Cfに比例して増加する。
抵抗値Rfが大きくなったときの増幅器14iの動作点への影響を以下に説明する。
等価回路60において、抵抗素子14bの一端に接続されている電源61により供給される電圧値E1は、図6の電源20により供給される入力電圧値Eを表している。また、抵抗素子14cの一端に接続される電源62により供給される電圧値E2は、電源装置10aの出力電圧値Voを表している。
V+は、式(5)より、以下の式(6)で表せる。
V+=G2f・E1/(G2f+G4) (6)
一方、反転入力端子側の電流の合計は、V-=V+であることを利用すると、以下の式(7)で表せる。
式(7)より、電圧値Vsenseは、以下の式(8)のように表せる。
Vsense=(−G1・E2/G3)+{1+(G1/G3)}V+ (8)
式(6)を式(8)に代入すると、式(8)は以下の式(9)のように表せる。
式(9)において、増幅器14iの増幅率(ゲイン)Aを用い、さらに、R1=R2、R3=R4、R1=R3/Aとすると、式(9)は、以下の式(10)で表せる。
式(10)から、抵抗値Rfが、抵抗値R2に対して十分小さいときには、電圧値Vsenseは、以下の式(11)で近似できる。
式(11)において、E1−E2は、式(3)のRL・iLに相当する。
抵抗値Rfが大きくなると、電圧値Vsenseは、式(11)(または式(3))で近似できなくなる。つまり、電圧値Vsenseが、上記式(3)で得られる値からずれてくる。
式(12)から、電圧値Vsenseは、ほぼ、10(1.1E1−E2)となり、電圧値E1に係数1.1がかかる。つまり、増幅器14iから出力される電圧値Vsenseは、式(11)で得られる電圧値Vsenseに対して、電圧値E1の10%近くのずれに対応した誤差が生じる。
電源装置10のインダクタンス素子13aは、検出タップ13bにより、等価的に2つのインダクタに分割される。
RL2=RL・Na/N (14)
式(13)、式(14)から、以下の関係が得られる。
比較例の電源装置10aでは、前述のようにT=T1、すなわち、L/RL=Rf・Cfとなるように、抵抗値Rfとキャパシタンス値Cfを決めなくてはならない。これに対して、第1の実施の形態の電源装置10では、式(15)から分かるように、Rf・Cfは、L/RLのNa/N倍でよくなる。このとき、Na<Nの関係になるように、検出タップ13bの位置を設定することで、Rf・Cfを比較例の電源装置10aよりも小さくすることができる。
例えば、N=10、Na=1、L=1μH、RL=10mΩ、Cf=0.1μFのとき、式(15)の左辺は、(Na/N)・(L/RL)=(1/10)・(1×10-6/10×10-3)=10×10-6となる。
式(16)から、電圧値Vsenseは、ほぼ、10(1.02E1−E2)となり、電圧値E1に係数1.02がかかる。そのため、比較例の電源装置10aに関して式(12)で算出される電圧値Vsenseと比べて、電圧値E1が大きく見える割合を1/5に低減できる。
前述の例のように、L=1μH、RL=10mΩのとき、T=T1の関係を満たすため、比較例の電源装置10aでは、Cf・Rfが100×10-6となるようにキャパシタンス値Cfと抵抗値Rfが決定される。抵抗値Rfを前述のように1kΩとすると、キャパシタンス値Cfは、0.1μFとなる。入力電圧値Eを12V、スイッチング周波数fswを200kHzとすると、式(4)で表される損失Prfは、Prf=0.5×0.1×10-6×122×200×103=1.44(W)となり、抵抗素子14bにおいて1.44Wの損失が発生することになる。
ここで、式(1)には、2回の乗算、1回の除算、2回の引き算が含まれる。
本実施の形態の電源装置10では、式(1)に含まれる(1−Vo/E)を、時定数回路18が生成する。
図9は、PWM回路が出力する制御信号と時定数回路の出力値の一例を示す図である。縦軸は電圧Vを表し、横軸は時間tを表している。
Ton1=(1−D)・Tsw (17)
式(17)において、Dはスイッチングパルスのデューティ比である。Vo=D×Eであるため、D=Vo/Eである。したがって、式(17)は式(18)のように表せる。
式(18)のようなスイッチングパルス幅Ton1をもつ制御信号が時定数回路18に入力されると、ローパスフィルタの機能により制御信号の直流成分(制御信号の平均値)に近い値が得られる。制御信号の平均値は、スイッチングパルス幅Ton1の期間の制御信号の積分値を、スイッチング周期Tswで割った値である。制御信号の振幅が1Vであるとすると、積分値は式(18)のTon1と等しいため、Ton1をスイッチング周期Tswで割ると、平均値は1−Vo/Eとなる。
図9の例では、時定数回路18の出力値にリップル電圧Vrが生じている。リップル電圧Vrが大きいほど、算出される出力電流値の変動が大きくなるため、出力電流値の変動を制御回路16における電流検出の分解能以下に抑えることが望ましい。そのため、リップル電圧Vrは以下の式(19)を満たすことが望ましい。
式(19)において、Iresoは、制御回路16で認識できる電流値の最小分解能を示す。Imaxは、制御回路16で認識できる電流値の最大値を示す。IresoやImaxは、電源装置10の仕様に応じて決定される。
時定数回路18が、リップル電圧Vrを、式(19)を満たすように減衰させるための減衰量Gは、式(20)のように表せる。
この減衰量Gを実現するカットオフ周波数fcは、式(21)のように表せる。
fc=fsw/(G/10-20)[Hz] (21)
この式(21)にしたがって、時定数回路18の抵抗素子18aの抵抗値とキャパシタンス素子18bのキャパシタンス値とが決定される。
そのため、抵抗値Rfがおよそ24kΩの抵抗素子18aを用いればよい。
Iout=Ipeak−α1・k・Vo (23)
なお、PWM回路16gが出力する制御信号の振幅VAが1Vでない場合には、(1−Vo/E)に振幅VAを掛けた値が、時定数回路18から出力されるため、α1=VA(1−Vo/E)となる。
図10は、第1の実施の形態の電源装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
図11に示すように、まず、CPU16aは、デューティ比などの初期化を行い(ステップS1)、その後、割り込みが発生しているか否かを判定する(ステップS2)。割り込みは、図10に示した電圧値Vsenseまたは出力電圧値VoのAD変換処理の終了によって発生する。
また、制御回路16は、時定数回路18の出力値であるα1を用いることで、式(1)の代わりに、式(23)を計算すればよいことになる。式(23)は、2回の乗算と、1回の減算を含み、式(1)と比べて、制御回路16における計算量を減らすことができる。このため、出力電流値Ioutを効率よく計算できる。
ところで、図1に示した電源装置10の例では、時定数回路18は、スイッチング素子12を制御するための制御信号に対してフィルタリングした出力値を出力するものとしたが、これに限定されない。時定数回路18は、スイッチング素子11を制御するための制御信号に対してフィルタリングした出力値を出力するようにしてもよい。その場合、時定数回路18の抵抗素子18aの一端には、スイッチング素子11を制御するための制御信号が入力される。その制御信号の振幅が1Vの場合、時定数回路18の出力値は、Vo/Eとなる。以下、時定数回路18によりVo/Eが得られる理由を説明する。
図14には、PWM回路16gが出力するスイッチング素子11のための制御信号と、時定数回路18の出力値の例が示されている。図14において、Tswは、スイッチング周期である。また、Vrは、時定数回路18の出力値のリップル電圧である。
Ton2=D・Tsw (24)
式(24)において、Dはデューティ比である。Vo=D×Eであるため、D=Vo/Eである。したがって、式(24)は式(25)のように表せる。
式(25)のようなスイッチングパルス幅Ton2をもつ制御信号が時定数回路18に入力されると、ローパスフィルタの機能により制御信号の直流成分(制御信号の平均値)に近い値が得られる。制御信号の平均値は、スイッチングパルス幅Ton2の期間の制御信号の積分値を、スイッチング周期Tswで割った値である。制御信号の振幅を1Vとすると、積分値は式(25)のTon2と等しいため、Ton2をスイッチング周期Tswで割ると、平均値はVo/Eとなる。すなわち、時定数回路18の出力値としてVo/Eに近い値が得られる。
Iout=Ipeak−(1−α2)・k・Vo (26)
なお、PWM回路16gが出力する制御信号の振幅VAが1Vでない場合には、(Vo/E)に振幅VAを掛けた値が、時定数回路18から出力されるため、α2=VA(Vo/E)となる。
以下、第2の実施の形態の電源装置を説明する。第2の実施の形態の電源装置では、図4、図5に示したプレーナ型のインダクタンス素子13aの代わりに以下のようなインダクタンス素子が用いられ、その他は、第1の実施の形態の電源装置10と同じである。
第2の実施の形態の電源装置におけるインダクタンス素子80は、フェライトコアなどのコア材81に巻き線82が巻き付けられたコイルである。巻き線82の一方の端部82aは、図1に示したスイッチング素子11,12に接続されており、巻き線82の他方の端部82bは、図1に示した出力端子OUTに接続されている。このようなインダクタンス素子80では、出力端子OUTの側(巻き線82の端部82b)から巻き数がNaの位置に検出タップ83が設けられている。なお、コイルの巻き数がNであるとすると、N>Naである。この検出タップ83は、図1に示した電流検出回路14の抵抗素子14bの一端に接続される。つまり、端部82bからの巻き数がNaの位置から検出タップ83が引き出されることになる。また、端部82bは、電流検出回路14のキャパシタンス素子14aに接続される。
キャパシタンス素子14aのキャパシタンス値Cfと、抵抗素子14bの抵抗値Rfは、インダクタンス素子80のインダクタンス値をL、インダクタンス素子80の等価直列抵抗の抵抗値をRLとすると、式(15)の関係を満たせばよい。つまり、Rf・CfはL/RLのNa/N倍となる。
(第3の実施の形態)
以下、第3の実施の形態の電源装置を説明する。第3の実施の形態の電源装置では、図4、図5に示したプレーナ型のインダクタンス素子13aの代わりに以下のような2つのインダクタンス素子が用いられ、その他は、第1の実施の形態の電源装置10と同じである。
第3の実施の形態の電源装置は、直列に接続された2つのインダクタンス素子91,92を有する。図16では、インダクタンス素子91の等価直列抵抗93と、インダクタンス素子92の等価直列抵抗94も図示されている。
なお、以下では、インダクタンス素子91のインダクタンス値をL1、インダクタンス素子92のインダクタンス値をL2、等価直列抵抗93の抵抗値をRL1、等価直列抵抗94の抵抗値をRL2とする。また、キャパシタンス素子14aのキャパシタンス値をCf、抵抗素子14bの抵抗値をRfとする。
11,12 スイッチング素子
13a インダクタンス素子
13b 検出タップ
13c1,13c2 等価直列抵抗
14 電流検出回路
14a,15,18b キャパシタンス素子
14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,18a 抵抗素子
14i 増幅器
14j バイアス電源
16 制御回路
16a CPU
16b メモリ
16c,16d,16e,16f ADC
16g PWM回路
17 ゲートドライバ
18 時定数回路
20 電源
30 負荷
30a 負荷抵抗
Claims (8)
- 負荷に接続されうる電源装置において、
入力端子から入力される電流をスイッチする第1のスイッチング素子と、
接地電位と前記第1のスイッチング素子の出力との間をスイッチする第2のスイッチング素子と、
出力端子と前記第1のスイッチング素子の出力との間を接続するとともに、前記出力端子の側の端部に設けられた第1の端子と、前記第1のスイッチング素子の出力の側の端部に設けられた第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間に設けられた検出端子を有するインダクタンス素子と、
前記第1の端子と前記検出端子に接続され、前記インダクタンス素子に流れる電流値に基づいた電圧値を出力する電流検出回路と、
前記第1のスイッチング素子の第1の制御端子と前記第2のスイッチング素子の第2の制御端子とを制御するとともに、前記電圧値がピークとなるときに前記電圧値をデジタル値に変換し、前記デジタル値と、前記第1の端子と前記検出端子との間の前記インダクタンス素子の等価直列抵抗の第1の抵抗値とに基づいて、前記インダクタンス素子に流れる電流のピーク値を算出し、前記ピーク値に基づいて、前記負荷に流れる出力電流値を算出する制御回路と、
を有する電源装置。 - 前記電源装置はさらに、前記電流検出回路が実装される基板を有し、
前記インダクタンス素子は、前記基板の内部配線により実現される、
請求項1に記載の電源装置。 - 前記インダクタンス素子は、巻き数がNのコイルであり、前記第1の端子からの巻き数がNa(ただし、N>Na)の位置から前記検出端子が引き出される、
請求項1に記載の電源装置。 - 前記インダクタンス素子は、第1のインダクタンス素子と、第2のインダクタンス素子とを含み、前記第1のインダクタンス素子と前記第2のインダクタンス素子とを接続する接続線に前記検出端子が接続される、
請求項1に記載の電源装置。 - 前記電源装置はさらに、前記第1の制御端子を制御する第1の制御信号または前記第2の制御端子を制御する第2の制御信号の何れか一方が入力される時定数回路を有し、
前記制御回路は、前記時定数回路の出力値と前記ピーク値とに基づいて前記出力電流値を算出する、
請求項1乃至4の何れか一項に記載の電源装置。 - 前記制御回路は、算出した前記出力電流値が過電流であるか否かを検出し、前記出力電流値が過電流か否かに基づいて、前記第1の制御端子及び前記第2の制御端子を制御する、
請求項1乃至5の何れか一項に記載の電源装置。 - 前記検出端子は、前記電流検出回路に含まれる抵抗素子とキャパシタンス素子による直列回路の一端に接続されており、
前記抵抗素子の抵抗値と前記キャパシタンス素子のキャパシタンス値との積は、前記インダクタンス素子の前記第1の端子から前記検出端子までの第1の巻き数を、前記インダクタンス素子の全体の第2の巻き数で割った値と、前記インダクタンス素子のインダクタンス値を前記インダクタンス素子の等価直列抵抗の第2の抵抗値によって割った値との積に等しい、
請求項1乃至6の何れか一項に記載の電源装置。 - 負荷に接続されうる電源装置の制御方法において、
前記電源装置が有する第1のスイッチング素子が、入力端子から入力される電流をスイッチし、
前記電源装置が有する第2のスイッチング素子が、接地電位と前記第1のスイッチング素子の出力との間をスイッチし、
前記電源装置の出力端子と前記第1のスイッチング素子の出力との間を接続するとともに、前記出力端子の側の端部に設けられた第1の端子と、前記第1のスイッチング素子の出力の側の端部に設けられた第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間に設けられた検出端子を有するインダクタンス素子の、前記第1の端子と前記検出端子に接続される電流検出回路が、前記インダクタンス素子に流れる電流値に基づいた電圧値を出力し、
前記電源装置が有する制御回路が、前記第1のスイッチング素子の第1の制御端子と前記第2のスイッチング素子の第2の制御端子とを制御するとともに、前記電圧値がピークとなるときに前記電圧値をデジタル値に変換し、前記デジタル値と、前記第1の端子と前記検出端子との間の前記インダクタンス素子の等価直列抵抗の第1の抵抗値とに基づいて、前記インダクタンス素子に流れる電流のピーク値を算出し、前記ピーク値に基づいて、前記負荷に流れる出力電流値を算出する、
電源装置の制御方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017013474A JP6774884B2 (ja) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | 電源装置及び電源装置の制御方法 |
KR1020197021720A KR102317618B1 (ko) | 2017-01-27 | 2017-12-18 | 전원 장치, 및 전원 장치의 제어 방법 |
PCT/JP2017/045300 WO2018139104A1 (ja) | 2017-01-27 | 2017-12-18 | 電源装置及び電源装置の制御方法 |
CN201780084789.5A CN110249517B (zh) | 2017-01-27 | 2017-12-18 | 电源装置及电源装置的控制方法 |
TW106145636A TWI676343B (zh) | 2017-01-27 | 2017-12-26 | 電源裝置及電源裝置的控制方法 |
US16/518,207 US10797595B2 (en) | 2017-01-27 | 2019-07-22 | Power supply and control method for power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017013474A JP6774884B2 (ja) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | 電源装置及び電源装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018121502A JP2018121502A (ja) | 2018-08-02 |
JP6774884B2 true JP6774884B2 (ja) | 2020-10-28 |
Family
ID=62978205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017013474A Active JP6774884B2 (ja) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | 電源装置及び電源装置の制御方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10797595B2 (ja) |
JP (1) | JP6774884B2 (ja) |
KR (1) | KR102317618B1 (ja) |
CN (1) | CN110249517B (ja) |
TW (1) | TWI676343B (ja) |
WO (1) | WO2018139104A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7203478B2 (ja) * | 2019-03-11 | 2023-01-13 | エイブリック株式会社 | 電流センス回路 |
US20220114317A1 (en) * | 2020-10-13 | 2022-04-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Systems, methods, and computer program products for transistor compact modeling using artificial neural networks |
CN113030557B (zh) * | 2021-03-11 | 2023-06-27 | 北京动力源科技股份有限公司 | 电流检测电路及电流检测方法 |
US11829172B2 (en) * | 2022-02-24 | 2023-11-28 | Qualcomm Incorporated | Power management circuit including on-board current sensing across inductor and on-die current limit detection circuit |
CN115373324B (zh) * | 2022-10-19 | 2023-01-24 | 井芯微电子技术(天津)有限公司 | 基于微控制单元的板卡电源时序控制及监测方法与装置 |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5982160A (en) | 1998-12-24 | 1999-11-09 | Harris Corporation | DC-to-DC converter with inductor current sensing and related methods |
JP3834222B2 (ja) * | 2001-10-15 | 2006-10-18 | コーア株式会社 | 電流検出用抵抗器の電圧検出回路 |
US6798189B2 (en) | 2001-06-14 | 2004-09-28 | Koa Corporation | Current detection resistor, mounting structure thereof and method of measuring effective inductance |
KR20050116450A (ko) * | 2004-06-07 | 2005-12-13 | 엘지전자 주식회사 | 전원변환장치 및 방법 |
US7233132B1 (en) * | 2006-01-30 | 2007-06-19 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Current sensing in multiple coupled inductors by time constant matching to leakage inductance |
US8648579B2 (en) | 2006-03-17 | 2014-02-11 | St-Ericsson Sa | Supply circuit with ripple compensation |
JP5202226B2 (ja) | 2007-11-01 | 2013-06-05 | オリジン電気株式会社 | 降圧型dc−dcコンバータ |
US8749213B2 (en) * | 2009-06-09 | 2014-06-10 | Silergy Technology | Mixed mode control for switching regulator with fast transient responses |
JP5213185B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2013-06-19 | 富士通テレコムネットワークス株式会社 | Dc/dcコンバータの電流検出装置とdc/dcコンバータの過電流保護装置と電源システムとdc/dcコンバータの電流検出方法とdc/dcコンバータの過電流保護方法と電源システムの駆動方法 |
US9184659B2 (en) * | 2010-11-12 | 2015-11-10 | Integrated Device Technology, Inc. | Self-adaptive current-mode-control circuit for a switching regulator |
US8680821B2 (en) * | 2010-12-22 | 2014-03-25 | Intel Corporation | Load adaptive voltage regulator |
US9252661B2 (en) * | 2011-04-01 | 2016-02-02 | Qualcomm Inc. | Methods and devices for power supply control |
CN103197122B (zh) * | 2013-04-12 | 2015-04-08 | 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 | 一种电流检测电路以及应用其的开关型调节器 |
JP6209022B2 (ja) * | 2013-08-27 | 2017-10-04 | リコー電子デバイス株式会社 | スイッチングレギュレータ |
JP6361479B2 (ja) * | 2014-02-07 | 2018-07-25 | 株式会社デンソー | 電力変換装置 |
CN104638885B (zh) * | 2014-12-30 | 2018-07-17 | 上海英联电子***有限公司 | 动态负载快速响应电路 |
US10211732B2 (en) * | 2015-09-15 | 2019-02-19 | Mediatek Inc. | Switched mode power supply circuit for avoiding excessive output current |
CN204968198U (zh) * | 2015-09-28 | 2016-01-13 | 深圳欧创芯半导体有限公司 | 一种快速启动的高功率因数led驱动电路 |
US9831783B2 (en) * | 2015-12-30 | 2017-11-28 | International Business Machines Corporation | Power converter using near-load output capacitance, direct inductor contact, and/or remote current sense |
CN110692187B (zh) * | 2017-12-06 | 2021-12-31 | 富士电机株式会社 | 开关电源装置的控制方法及控制电路 |
-
2017
- 2017-01-27 JP JP2017013474A patent/JP6774884B2/ja active Active
- 2017-12-18 KR KR1020197021720A patent/KR102317618B1/ko active IP Right Grant
- 2017-12-18 WO PCT/JP2017/045300 patent/WO2018139104A1/ja active Application Filing
- 2017-12-18 CN CN201780084789.5A patent/CN110249517B/zh active Active
- 2017-12-26 TW TW106145636A patent/TWI676343B/zh active
-
2019
- 2019-07-22 US US16/518,207 patent/US10797595B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10797595B2 (en) | 2020-10-06 |
KR20190099502A (ko) | 2019-08-27 |
TW201830841A (zh) | 2018-08-16 |
US20190341848A1 (en) | 2019-11-07 |
CN110249517A (zh) | 2019-09-17 |
JP2018121502A (ja) | 2018-08-02 |
TWI676343B (zh) | 2019-11-01 |
WO2018139104A1 (ja) | 2018-08-02 |
KR102317618B1 (ko) | 2021-10-26 |
CN110249517B (zh) | 2021-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6774884B2 (ja) | 電源装置及び電源装置の制御方法 | |
US10498239B2 (en) | Power supply with enhanced phase current sharing utilizing active droop control | |
US10768678B2 (en) | Method and system for reducing transients in DC-DC converters | |
US7233132B1 (en) | Current sensing in multiple coupled inductors by time constant matching to leakage inductance | |
US7233135B2 (en) | Ripple converter | |
TWI328920B (en) | Dc-dc converter control circuit and dc-dc converter control method | |
US9671799B2 (en) | System and method for a power supply controller | |
US8159205B1 (en) | Inductor current measurement for DC to DC converters | |
Park et al. | A DC–DC converter for a fully integrated PID compensator with a single capacitor | |
US9720429B2 (en) | Sensing a switching-power-supply phase current | |
JP6888736B2 (ja) | 電圧変換器 | |
US20160315552A1 (en) | Power source circuit | |
CN105186857A (zh) | 多相dc/dc转换器 | |
TW201413411A (zh) | 直流對直流控制器 | |
Hu et al. | Digital V 2 constant on-time control buck converter with adaptive voltage positioning and automatic calibration mechanism | |
US20130057237A1 (en) | Multi-phase switching regulator and droop circuit therefor | |
US10014770B1 (en) | Power supply device, control circuit for power supply device, and control method for power supply device | |
JP6409668B2 (ja) | トランス | |
JP7472668B2 (ja) | スイッチング制御回路、及び電源回路 | |
JP6423114B2 (ja) | スイッチモード電力変換器用のインダクタ電流の平均値の推定 | |
JP4775000B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
CN116995890A (zh) | 开关变换器及其控制电路和控制方法 | |
CN112787507A (zh) | 电压转换的控制电路、电压转换器和开关电源装置 | |
GB2565861A (en) | Apparatus for use in a resonant converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20170209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20170209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170501 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191001 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20191001 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20191001 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200602 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200731 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200915 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201005 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6774884 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |