JP7275764B2 - 補正回路、及び電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、補正回路、及び電源装置に関する。

直流電圧を供給するスイッチング電源装置に関する技術の研究や開発が行われている。

スイッチング電源装置は、接続される負荷の消費電圧が小さい場合、間欠発振を起こすことがある。間欠発振は、スイッチング電源装置が供給する直流電圧を不安定にさせることがあるため、抑制されることが望ましい。

これに関し、ダミー抵抗を用いて間欠発振を防止するスイッチング電源装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平０８－３４０６７５号公報

ここで、直流電圧を供給する直流電源から供給される直流電圧を降圧又は昇圧するメインコンバータと、当該直流電源から供給される直流電圧を降圧又は昇圧するサブコンバータと、メインコンバータから出力される電圧の大きさを制御する制御部とを備えるスイッチング電源装置も知られている。メインコンバータは、例えば、電気自動車に搭載されるバッテリー等の負荷に接続され、当該負荷に対して直流電圧を供給する。一方、サブコンバータは、メインコンバータを駆動させる駆動回路及び制御部の駆動電圧を生成する。サブコンバータは、生成した駆動電圧を当該駆動回路に出力するとともに、当該駆動電圧を制御部に出力する。そして、当該駆動回路は、サブコンバータから供給された当該駆動電圧に基づいて動作し、メインコンバータを駆動させる。

また、このようなスイッチング電源装置では、制御部は、サブコンバータが有するトランスの二次側に備えられた補助巻線の電圧をモニターする。制御部は、モニターした当該電圧に基づいて、前述の直流電源から出力された直流電圧の大きさを推定する。

しかしながら、このようなスイッチング電源装置では、メインコンバータに接続された負荷がある程度以上軽くなると、メインコンバータには、間欠発振が起きる。メインコンバータに間欠発振が起きるほど当該負荷が軽くなると、メインコンバータを駆動させている駆動回路の負荷が軽くなり、駆動回路に駆動電圧を供給しているサブコンバータの負荷も軽くなってしまうことで、サブコンバータの発振波形には、メインコンバータに完全発振が起きている場合におけるサブコンバータの発振波形との波形の違いが顕著に表れ始める。これはすなわち、制御部によりモニターされる電圧が、例えメインコンバータが一定の電圧を出力していたとしても、メインコンバータに完全発振が起きている場合と、メインコンバータに間欠発振が起きている場合とで異なることを意味する。その結果、制御部は、メインコンバータに間欠発振が起きている場合、直流電源から出力された直流電圧の大きさを、精度よく推定することができないことがある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、メインコンバータに間欠発振が起こった場合であっても、第２電圧に基づいて行われる制御の精度を向上させることができる補正回路、及び電源装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、入力電圧を変換して負荷に電力供給するメインコンバータと、前記メインコンバータを駆動させる駆動回路を含む１以上の他の回路に電力供給するサブコンバータと、を備え、前記メインコンバータにより生成される第１電圧に基づいて、前記サブコンバータにより生成される第２電圧を補正する、補正回路である。

本発明によれば、メインコンバータに間欠発振が起こった場合であっても、第２電圧に基づいて行われる制御の精度を向上させることができる。

実施形態に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。 メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合においてデューティ検出回路１４から制御部１６に供給される第３電圧の大きさの時間的な変化の一例を示す図である。 メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合においてデューティ検出回路１４から制御部１６に供給される第３電圧の大きさの時間的な変化の一例を示す図である。 第１対応情報の一例を示す図である。 第２対応情報の一例を示す図である。 実施形態の変形例１に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。 実施形態の変形例２に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本明細書では、直流電力に応じた電気信号、又は交流電力に応じた電気信号を伝送する導体のことを、伝送路と称して説明する。伝送路は、例えば、基板上にプリントされた導体である。なお、伝送路は、当該導体に代えて、線状に形成された導体である導線等であってもよい。また、本明細書では、電圧と称した場合、所定の基準となる電位からの電位差を意味し、基準となる電位についての図示及び説明を省略する。ここで、基準となる電位は、如何なる電位であってもよい。以下では、一例として、基準となる電位がグラウンド電位である場合について説明する。

＜電源装置の構成＞
実施形態に係る電源装置１の構成について説明する。図１は、実施形態に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。なお、図１に示した各回路及び各装置は、共通のグラウンド電位のもとで動作する。このため、図１では、グラウンドに接続された伝送路（すなわち、グラウンド線等）を省略している。

電源装置１は、直流電源１０と接続される。直流電源１０は、直流電圧を出力する電源であれば如何なる電源であってもよい。直流電源１０は、例えば、商用電源から供給される交流電圧を整流平滑する直流電源、二次電池、スイッチング電源等である。スイッチング電源は、例えば、スイッチングコンバータ等のことである。以下では、説明の便宜上、直流電源１０から電源装置１に出力される直流電圧を、入力電圧と称して説明する。なお、電源装置１は、直流電源１０に接続される構成に代えて、交流電圧を出力できる交流電源に接続される構成であってもよい。この場合、電源装置１は、供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ（Alternating Current）／ＤＣ（Direct Current）コンバータを備える。

また、電源装置１は、図示しない負荷と接続可能である。負荷は、電源装置１から入力電圧が供給される。負荷は、例えば、再充電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等）等である。なお、負荷は、当該二次電池に代えて、直流電圧に応じた動作を行う他の装置であってもよい。また、当該二次電池は、例えば、電気自動車に搭載されるバッテリーであってもよく、他の二次電池であってもよい。

また、電源装置１は、メインコンバータ１１と、サブコンバータ１２と、駆動回路１３と、デューティ検出回路１４と、制御部１６を備える。

メインコンバータ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。メインコンバータ１１は、直流電源１０から供給される入力電圧を降圧又は昇圧する。また、メインコンバータ１１は、後述する駆動回路１３により駆動され、当該入力電圧を降圧又は昇圧する。メインコンバータ１１は、当該入力電圧を降圧又は昇圧した後の電圧を前述の負荷、デューティ検出回路１４のそれぞれに第１電圧として出力する。第１電圧は、より具体的には、メインコンバータ１１が備える図示しないトランスの二次側から出力される電圧である。このため、平滑化される前の第１電圧は、後述する駆動回路１３の駆動周波数で発振している高周波パルス電圧である。ここで、メインコンバータ１１は、第１電圧を負荷に出力する際、第１電圧を平滑化してもよく、第１電圧を平滑化しなくてもよい。ただし、メインコンバータ１１が第１電圧を負荷に出力する際に第１電圧を平滑化しない場合、第１電圧を平滑化する回路を負荷が備える構成であってもよく、負荷とメインコンバータ１１との間に第１電圧を平滑化する回路が接続される構成であってもよい。また、メインコンバータ１１は、第１電圧をデューティ検出回路１４に出力する際、第１電圧を平滑化せずにデューティ検出回路１４に出力する。なお、メインコンバータ１１は、電源装置１が交流電源と接続される場合、前述のＡＣ／ＤＣコンバータから供給される直流電圧を入力電圧とし、入力電圧を降圧又は昇圧する。

サブコンバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。サブコンバータ１２は、直流電源１０から供給される入力電圧を降圧又は昇圧する。また、サブコンバータ１２は、図示しない複数のスイッチング素子と、当該複数のスイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路を備える。すなわち、サブコンバータ１２は、当該駆動回路により駆動される。ここで、実施形態では、当該複数のスイッチング素子と、当該駆動回路とのそれぞれについては、説明を省略する。

サブコンバータ１２は、直流電源１０から供給される入力電圧に基づいて、駆動電圧を生成する。駆動電圧は、より具体的には、サブコンバータ１２が備える図示しないトランスの二次側から出力される電圧である。このため、平滑化される前の駆動電圧は、サブコンバータ１２を駆動する図示しない駆動回路の駆動周波数で発振している高周波パルス電圧である。サブコンバータ１２は、生成した駆動電圧を駆動回路１３に出力する。この際、サブコンバータ１２は、駆動電圧を平滑化する構成であってもよく、駆動電圧を平滑化しない構成であってもよい。ただし、サブコンバータ１２が駆動電圧を駆動回路１３に出力する際に駆動電圧を平滑化しない場合、駆動電圧を平滑化する回路を駆動回路１３が備える構成であってもよく、サブコンバータ１２と駆動回路１３との間に駆動電圧を平滑化する回路が接続される構成であってもよい。以下では、説明の便宜上、駆動回路１３に出力された駆動電圧を、第１駆動電圧と称して説明する。

また、サブコンバータ１２は、生成した駆動電圧を制御部１６にも出力する。この際、サブコンバータ１２は、駆動電圧を平滑化する構成であってもよく、駆動電圧を平滑化しない構成であってもよい。以下では、一例として、サブコンバータ１２が駆動電圧を制御部１６に出力する際に、サブコンバータ１２が駆動電圧を平滑化する場合について説明する。ただし、サブコンバータ１２が駆動電圧を制御部１６に出力する際にサブコンバータ１２が駆動電圧を平滑化しない場合、駆動電圧を平滑化する回路を制御部１６が備える構成であってもよく、サブコンバータ１２と制御部１６との間に駆動電圧を平滑化する回路が接続される構成であってもよい。なお、サブコンバータ１２と制御部１６との間には、ＬＤＯ（Low Drop Out）が備えられる構成であってもよく、ＬＤＯが備えられない構成であってもよい。以下では、説明の便宜上、制御部１６に出力された駆動電圧を、第２駆動電圧と称して説明する。

また、サブコンバータ１２は、平滑化した後の第２駆動電圧を、参照電圧としてデューティ検出回路１４にも出力する。参照電圧は、後述するデューティ検出回路１４が行う動作において用いられる電圧である。参照電圧を用いたデューティ検出回路１４の動作については、後述する。ただし、サブコンバータ１２が第２駆動電圧をデューティ検出回路１４に出力する際に参照電圧を平滑化しない場合、参照電圧を平滑化する回路をデューティ検出回路１４が備える構成であってもよく、サブコンバータ１２とデューティ検出回路１４との間に参照電圧を平滑化する回路が接続される構成であってもよい。

また、サブコンバータ１２は、サブコンバータ１２が備える図示しないトランスの二次側に補助巻線を有する。当該補助巻線の電圧は、図示しない平滑化回路によって平滑化される。そして、平滑化された後の当該電圧は、後述する電圧検出回路１５によって第２電圧として検出される。なお、電圧は、前述した通り、当該補助巻線から出力される電圧である。このため、平滑化される前の第２電圧は、サブコンバータ１２を駆動する図示しない駆動回路の駆動周波数で発振している高周波パルス電圧である。また、第２電圧は、より具体的には、波高値が、直流電源１０から出力される入力電圧に比例する電圧である。

ここで、実施形態では、サブコンバータ１２は、電源装置１内の回路等（実施形態では、駆動回路１３、デューティ検出回路１４、制御部１６）にのみ電圧を供給しているが、電源装置１の外部の回路、装置等に電力を供給する構成であってもよい。

駆動回路１３は、サブコンバータ１２から供給される第１駆動電圧により動作する。駆動回路１３は、メインコンバータ１１を駆動させる。駆動回路１３は、例えば、制御部１６によるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等のスイッチング制御に応じて、当該スイッチング制御に応じた大きさの電圧を、メインコンバータ１１に第１電圧として出力させる。以下では、当該スイッチング制御が、ＰＷＭ制御である場合について説明する。

デューティ検出回路１４は、メインコンバータ１１から供給される第１電圧と、サブコンバータ１２から供給される参照電圧との差分に応じた電圧を、第３電圧として制御部１６に出力する。なお、前述した通り、当該第１電圧は、第１電圧が平滑化される前の電圧である。デューティ検出回路１４は、例えば、フィルタ１４１と、コンパレータ１４２を備える。なお、デューティ検出回路１４は、フィルタ１４１とコンパレータ１４２を備える構成であれば、如何なる構成であってもよい。このため、図１では、デューティ検出回路１４におけるフィルタ１４１及びコンパレータ１４２以外の構成については、省略している。なお、デューティ検出回路１４は、参照電圧を、サブコンバータ１２に代えて、他の回路、装置等から供給される構成であってもよい。

フィルタ１４１は、メインコンバータ１１から供給される第１電圧をフィルタリングする。これにより、フィルタ１４１は、当該第１電圧からノイズを除去する。フィルタ１４１は、フィルタリングした後の第１電圧を、コンパレータ１４２の反転入力端子に出力する。

コンパレータ１４２は、フィルタ１４１からコンパレータ１４２の反転入力端子に供給される第１電圧と、サブコンバータ１２から参照電圧としてコンパレータ１４２の非反転入力端子に供給される第２電圧との差分に応じた電圧を、第３電圧として制御部１６に出力する。通常、コンパレータ１４２は、反転入力端子に供給された電圧と参照電圧との大小関係に応じてＨレベル又はＬレベルの電圧を出力する。しかしながら、電源装置１では、反転入力端子に供給される第１電圧は、第１電圧が平滑化される前の電圧である。このため、当該第１電圧と参照電圧との大小関係は、時間の経過とともに逆転する。電源装置１では、当該第１電圧と参照電圧との大小関係が逆転する速さは、コンパレータ１４２の応答速度よりも速い。その結果、コンパレータ１４２は、反転入力端子に第１電圧が供給された場合、反転入力端子に供給された第１電圧と参照電圧とに応じて、ＨレベルとＬレベルとの間の中間の電圧を第３電圧として制御部１６に出力する。ただし、コンパレータ１４２は、当該大小関係が逆転しないように大きさが変化する第１電圧が反転入力端子に供給された場合、Ｈレベル又はＬレベルの電圧を第３電圧として出力する。以下では、一例として、コンパレータ１４２が、当該場合、Ｈレベルの電圧を出力する場合について説明する。Ｈレベルの電圧は、０ボルトよりも高い電圧であり、且つ、当該中間の電圧と区別可能であれば、如何なる電圧であってもよい。コンパレータ１４２は、発振状態検知回路の一例である。すなわち、電源装置１では、コンパレータ１４２は、フィルタ１４１から供給される第１電圧と、サブコンバータ１２から供給される第２電圧との差分に応じた電圧を、第３電圧として制御部１６に出力する機能を有する他の回路に置き換えられてもよい。また、第３電圧は、当該差分に応じた電圧であれば、他の方法によって生成された電圧であってもよい。また、本実施形態における第３電圧の大きさは、一例に過ぎず、他の大きさであってもよい。

電圧検出回路１５は、前述した通り、サブコンバータ１２が備えるトランスの二次側の補助巻線の電圧を、第２電圧として検出する。ここで、当該補助巻線の電圧は、前述した通り、平滑化された後の電圧である。電圧検出回路１５は、検出した第２電圧を、制御部１６に出力する。なお、電圧検出回路１５は、検出した第２電圧を増幅してから制御部１６に出力する構成であってもよい。ここで、電圧検出回路１５により検出される第２電圧は、サブコンバータから出力される第２電圧の一例である。

制御部１６は、サブコンバータ１２から供給される第２駆動電圧により動作する。また、制御部１６は、電圧検出回路１５から供給された第２電圧に基づいて、直流電源１０から出力された入力電圧の大きさを推定することができる。そして、制御部１６は、推定した当該大きさに基づいて、駆動回路１３のＰＷＭ制御を行うことができる。なお、制御部１６は、第２駆動電圧を、サブコンバータ１２に代えて、他の回路、装置等から供給される構成であってもよい。

ここで、電源装置１では、メインコンバータ１１に接続された負荷がある程度以上軽くなると、メインコンバータ１１には、間欠発振が起きる。メインコンバータ１１に間欠発振が起きるほど当該負荷が軽くなると、サブコンバータ１２の発振波形には、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合におけるサブコンバータ１２の発振波形との波形の違いが顕著に表れ始める。これはすなわち、電圧検出回路１５により検出される第２電圧が、例えメインコンバータ１１が一定の電圧を出力していたとしても、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合と、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合とで異なることを意味する。

そこで、制御部１６は、第１対応情報と、第２対応情報との２つの対応情報が記憶された図示しない記憶部を備える。第１対応情報は、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合に応じた対応情報のことである。第２対応情報は、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合に応じた対応情報のことである。そして、対応情報は、入力電圧と第２電圧とが対応付けられた情報のことである。より具体的には、対応情報は、直流電源１０から出力される入力電圧と、当該入力電圧が直流電源１０から出力される場合において電圧検出回路１５から制御部１６に出力される第２電圧とが対応付けられた情報（すなわち、当該入力電圧と当該第２電圧との相関関係を示す情報）である。そして、第１対応情報には、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧についての所定の電圧範囲が、第１電圧範囲として対応付けられている。また、第２対応情報には、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧についての所定の電圧範囲が、第２電圧範囲として対応付けられている。

第１対応情報及び第２対応情報のそれぞれに第３電圧についての電圧範囲が対応付けられている理由は、電源装置１では、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧の大きさが、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合と、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合とで異なるためである。例えば、電源装置１では、デューティ検出回路１４は、デューティ検出回路１４が備えるフィルタ１４１の設計を調整することにより、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合にメインコンバータ１１から供給される第１電圧を、フィルタ１４１により前述の参照電圧未満にし、且つ、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合にメインコンバータ１１から供給される第１電圧を、当該参照電圧以上にすることができる。

ここで、図２は、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合においてデューティ検出回路１４から制御部１６に供給される第３電圧の大きさの時間的な変化の一例を示す図である。図２に示したグラフの横軸は、経過時間を示す。図２に示しグラフの縦軸は、電圧の大きさを示す。図２に示したグラフＧ１１は、当該場合においてメインコンバータ１１からデューティ検出回路１４に供給される第１電圧の大きさの時間的な変化を示す。図２に示したグラフＧ１２は、当該場合においてフィルタ１４１によりフィルタリングされた後の第１電圧の大きさの時間的な変化を示す。図２に示したグラフＧ１３は、当該場合においてデューティ検出回路１４から出力される第３電圧の大きさの時間的な変化を示す。図２に示したように、当該場合、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧は、Ｈレベルの電圧のまま保持される（ただし、ノイズ、誤差等による電圧の揺らぎは、常に生じうる）。

一方、図３は、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合においてデューティ検出回路１４から制御部１６に供給される第３電圧の大きさの時間的な変化の一例を示す図である。図３に示したグラフの横軸は、経過時間を示す。図３に示しグラフの縦軸は、電圧の大きさを示す。図３に示したグラフＧ２１は、当該場合においてメインコンバータ１１からデューティ検出回路１４に供給される第１電圧の大きさの時間的な変化を示す。図３に示したグラフＧ２２は、当該場合においてフィルタ１４１によりフィルタリングされた後の第１電圧の大きさの時間的な変化を示す。図３に示したグラフＧ２３は、当該場合においてデューティ検出回路１４から出力される第３電圧の大きさの時間的な変化を示す。図３に示したように、当該場合、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧は、Ｈレベルの電圧とＬレベルの電圧との中間の電圧のまま保持される（ただし、ノイズ、誤差等による電圧の揺らぎは、常に生じうる）。

このように、電源装置１では、デューティ検出回路１４から出力される第３電圧の大きさが、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合と、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合とで異なる。これにより、制御部１６は、デューティ検出回路１４から供給される第３電圧（すなわち、前述のコンパレータ１４２から供給される第３電圧）の大きさに基づいて、メインコンバータ１１に完全発振と間欠発振とのいずれが起きているかを判定することができる。

すなわち、制御部１６は、デューティ検出回路１４から供給される第３電圧に基づいて、第１対応情報と第２対応情報とのいずれかの対応情報を選択的に記憶部から読み出す。当該第３電圧が第１電圧範囲に含まれる場合、制御部１６は、第１対応情報を記憶部から読み出す。第１電圧範囲は、下限値が前述の参照電圧以上の電圧範囲である。一方、当該第３電圧が第２電圧範囲に含まれる場合、制御部１６は、第２対応情報を記憶部から読み出す。第２電圧範囲は、上限値が前述の参照電圧未満の電圧範囲である。

ここで、図４は、第１対応情報の一例を示す図である。図４に示したテーブルは、メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合における入力電圧と第２電圧とが対応付けられたテーブルである。制御部１６は、例えば、図４に示したテーブルを、第１対応情報として記憶部から読み出す。なお、図４に示したグラフは、当該テーブルに基づいて作成したグラフである。当該グラフの横軸は、第２電圧を示す。当該グラフの縦軸は、入力電圧を示す。すなわち、制御部１６は、当該場合、電圧検出回路１５から供給される第２電圧と、第１対応情報とに基づいて、当該第２電圧に対応付けられた入力電圧を、直流電源１０から出力された入力電圧として特定する。

一方、図５は、第２対応情報の一例を示す図である。図５に示したテーブルは、メインコンバータ１１に間欠発振が起きている場合における入力電圧と第２電圧とが対応付けられたテーブルである。制御部１６は、例えば、図５に示したテーブルを、第２対応情報として記憶部から読み出す。なお、図５に示したグラフは、当該テーブルに基づいて作成したグラフである。当該グラフの横軸は、第２電圧を示す。当該グラフの縦軸は、入力電圧を示す。すなわち、制御部１６は、当該場合、電圧検出回路１５から供給される第２電圧と、第２対応情報とに基づいて、当該第２電圧に対応付けられた入力電圧を、直流電源１０から出力された入力電圧として特定する。

デューティ検出回路１４から供給された第３電圧に応じて第１対応情報と第２対応情報とのいずれかを制御部１６が選択することは、サブコンバータ１２から供給される第２電圧を制御部１６が補正することに相当する。すなわち、制御部１６は、電圧検出回路１５から供給される第２電圧を、当該第３電圧に基づいて補正する。換言すると、制御部１６は、デューティ検出回路１４に供給される第１電圧に基づいて、サブコンバータ１２から出力される第２電圧を補正する。これにより、電源装置１（又は、補正回路２０）は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、第２電圧に基づいて行われる制御の精度を向上させることができる。例えば、制御部１６は、直流電源１０から出力された入力電圧の大きさを精度よく推定することができる。その結果、電源装置１は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、メインコンバータ１１から出力される第１電圧を精度よく制御することができる。

なお、上記において説明した記憶部は、制御部１６と通信可能に接続された外付けの記憶装置であってもよい。

＜実施形態の変形例１＞
以下、実施形態の変形例１について説明する。なお、実施形態の変形例１では、実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。実施形態の変形例１に係る電源装置１は、前述の第２対応情報を用いずに、メインコンバータ１１から出力される第１電圧に基づいて、電圧検出回路１５から出力される第２電圧を補正する。

図６は、実施形態の変形例１に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。実施形態の変形例１に係る電源装置１は、図１に示した構成に加えて、スイッチング素子Ｓ１と、スイッチング素子Ｓ２と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２を備える。なお、当該電源装置１は、以下において説明する当該電源装置１が有する機能を損なわない限り、他の回路素子、他の回路、他の装置を備える構成であってもよい。

スイッチング素子Ｓ１は、図６に示した例では、ＰＮＰ型のトランジスタである。なお、スイッチング素子Ｓ１は、ＰＮＰ型のトランジスタに代えて、ＮＰＮ型のトランジスタであってもよく、電界効果トランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ１のエミッタ－コレクタ間に電流が流れる状態のことを、スイッチング素子Ｓ１の状態がオン状態であると称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ１のエミッタ－コレクタ間に電流が流れない状態のことを、スイッチング素子Ｓ１の状態がオフ状態であると称して説明する。

スイッチング素子Ｓ２は、図６に示した例では、ＮＰＮ型のトランジスタである。なお、スイッチング素子Ｓ２は、ＮＰＮ型のトランジスタに代えて、ＰＮＰ型のトランジスタであってもよく、電界効果トランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ２のエミッタ－コレクタ間に電流が流れる状態のことを、スイッチング素子Ｓ２の状態がオン状態であると称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ２のエミッタ－コレクタ間に電流が流れない状態のことを、スイッチング素子Ｓ２の状態がオフ状態であると称して説明する。

スイッチング素子Ｓ１のエミッタは、伝送路を介して、サブコンバータ１２と制御部１６とを接続する伝送路のうちサブコンバータ１２から制御部１６に第２駆動電圧を出力するための伝送路と接続される。以下では、説明の便宜上、図６に示したように、当該伝送路を伝送路ＥＬ１と称して説明する。また、スイッチング素子Ｓ１のコレクタは、伝送路を介して、抵抗Ｒ１の一端と接続される。そして、抵抗Ｒ１の他端は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。また、スイッチング素子Ｓ１のベースは、伝送路を介して、抵抗Ｒ２の一端と接続される。そして、抵抗Ｒ２の他端は、伝送路を介して、当該エミッタと伝送路ＥＬ１とを接続する伝送路と接続される。また、スイッチング素子Ｓ２のコレクタは、伝送路を介して、スイッチング素子Ｓ１のベースと抵抗Ｒ２とを接続する伝送路と接続される。また、スイッチング素子Ｓ２のエミッタは、伝送路を介して、グラウンドに接地される。また、スイッチング素子Ｓ２のベースは、伝送路を介して、制御部１６と接続される。

なお、実施形態の変形例１に係る電源装置１では、デューティ検出回路１４と、制御部１６と、スイッチング素子Ｓ１と、スイッチング素子Ｓ２と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とが、補正回路２０Ａを構成している。

ここで、実施形態の変形例１に係る制御部１６は、デューティ検出回路１４から供給される第３電圧に応じて、メインコンバータ１１に完全発振と間欠発振とのいずれが起きているかを判定する。具体的には、当該制御部１６は、当該第３電圧がＨレベルの電圧である場合、メインコンバータ１１に完全発振が起きていると判定する。この場合、当該制御部１６は、当該ベースに電流を流さない。なお、制御部１６は、当該第３電圧がＨレベルの電圧以上の電圧範囲に含まれる場合、メインコンバータ１１に完全発振が起きていると判定する構成であってもよい。一方、当該制御部１６は、当該第３電圧がＨレベルとＬレベルとの中間の電圧である場合、メインコンバータ１１に間欠発振が起きていると判定する。この場合、当該制御部１６は、当該ベースに電流を流す。なお、制御部１６は、当該中間の電圧を含む電圧範囲であってＨレベルの電圧を含まない電圧範囲に含まれる場合、メインコンバータ１１に完全発振が起きていると判定する構成であってもよい。

スイッチング素子Ｓ２のベースに電流が流れない場合、スイッチング素子Ｓ２の状態は、オフ状態である。この場合、スイッチング素子Ｓ１のベースには、伝送路ＥＬ１から電流が流れない。その結果、当該場合、スイッチング素子Ｓ１の状態は、オフ状態になる。

一方、スイッチング素子Ｓ２のベースに電流が流れた場合、スイッチング素子Ｓ２の状態は、オン状態である。この場合、スイッチング素子Ｓ１のベースには、伝送路ＥＬ１から電流が流れる。すなわち、当該場合、スイッチング素子Ｓ１の状態は、オン状態になる。そして、伝送路ＥＬ１からは、抵抗Ｒ１の抵抗値に応じた電流がグラウンドに流れる。その結果、サブコンバータ１２の負荷は、大きくなる。

これを利用し、実施形態の変形例１に係る電源装置１では、メインコンバータ１１に完全発振と間欠発振とのいずれが起きている場合であっても、電圧検出回路１５から制御部１６に供給される第２電圧と直流電源１０から出力される入力電圧との相関関係を、前述の第１対応情報が示す相関関係と一致させることができる。これは、抵抗Ｒ１の抵抗値を調整することによって実現可能である。すなわち、制御部１６は、電圧検出回路１５から供給される第２電圧を、デューティ検出回路１４から供給される第３電圧に基づいて補正する。換言すると、制御部１６は、デューティ検出回路１４に供給される第１電圧に基づいて、当該第２電圧を補正する。これにより、実施形態の変形例１に係る電源装置１（又は、補正回路２０Ａ）は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、第２電圧に基づいて行われる制御の精度を向上させることができる。例えば、制御部１６は、直流電源１０から出力された入力電圧の大きさを精度よく推定することができる。その結果、電源装置１は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、メインコンバータ１１から出力される第１電圧を精度よく制御することができる。

＜実施形態の変形例２＞
以下、実施形態の変形例２について説明する。なお、実施形態の変形例２では、実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。実施形態の変形例２に係る電源装置１も、前述の第２対応情報を用いずに、メインコンバータ１１から出力される第１電圧に基づいて、サブコンバータ１２から出力される第２電圧を補正する。ただし、実施形態の変形例２に係る電源装置１の構成は、実施形態の変形例１に係る電源装置１の構成と異なる。

図７は、実施形態の変形例２に係る電源装置１の構成の一例を示す図である。実施形態の変形例１に係るデューティ検出回路１４は、図１に示した構成に加えて、分圧回路１４３と、スイッチング素子Ｓ３と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４を備える。なお、当該デューティ検出回路１４は、以下において説明する当該電源装置１が有する機能を損なわない限り、他の回路素子、他の回路、他の装置を備える構成であってもよい。

分圧回路１４３は、前述の参照電圧をサブコンバータ１２から供給される。分圧回路１４３は、サブコンバータ１２から供給された参照電圧の大きさを、所定の大きさに分圧する。分圧回路１４３は、分圧した後の参照電圧を、コンパレータ１４２の非反転入力端子に出力する。すなわち、実施形態の変形例２では、サブコンバータ１２は、分圧回路１４３を介して参照電圧を当該非反転入力端子に出力する。なお、実施形態の変形例２に係る電源装置１は、分圧回路１４３を備えない構成であってもよい。この場合、何らかの方法により、サブコンバータ１２から出力される参照電圧の大きさを所定の大きさと一致させる。

スイッチング素子Ｓ３は、図７に示した例では、ＮＰＮ型のトランジスタである。なお、スイッチング素子Ｓ１は、ＮＰＮ型のトランジスタに代えて、ＰＮＰ型のトランジスタであってもよく、電界効果トランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ３のエミッタ－コレクタ間に電流が流れる状態のことを、スイッチング素子Ｓ３の状態がオン状態であると称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ３のエミッタ－コレクタ間に電流が流れない状態のことを、スイッチング素子Ｓ３の状態がオフ状態であると称して説明する。

スイッチング素子Ｓ３のエミッタは、伝送路を介して、グラウンドに接地される。スイッチング素子Ｓ３のコレクタは、伝送路を介して、抵抗Ｒ３の一端と接続される。また、抵抗Ｒ３の他端は、伝送路を介して、抵抗Ｒ４の一端と接続される。また、抵抗Ｒ４の他端は、伝送路を介して、スイッチング素子Ｓ３のベースと接続される。また、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とを接続する伝送路は、伝送路を介して、サブコンバータ１２と分圧回路１４３とを接続する伝送路と接続される。また、抵抗Ｒ４と当該ベースとを接続する伝送路は、伝送路を介して、コンパレータ１４２と制御部１６とを接続する伝送路を接続される。

なお、実施形態の変形例２に係る電源装置１では、図７に示したデューティ検出回路１４と、制御部１６とが、補正回路２０Ｂを構成している。

ここで、図７に示したデューティ検出回路１４では、コンパレータ１４２から出力される第３電圧がＨレベルの電圧である場合、スイッチング素子Ｓ３の状態は、オン状態である。一方、図７に示したデューティ検出回路１４では、コンパレータ１４２から出力される第３電圧がＨレベルとＬレベルとの中間の電圧である場合、スイッチング素子Ｓ３の状態は、オフ状態である。これは、抵抗Ｒ４の抵抗値を調整することにより、実現することができる。

スイッチング素子Ｓ３の状態がオフ状態である場合、スイッチング素子Ｓ３のコレクタ－エミッタ間には、サブコンバータ１２と分圧回路１４３とを接続する伝送路からの電流が流れない。

一方、スイッチング素子Ｓ３の状態がオン状態である場合、スイッチング素子Ｓ３のコレクタ－エミッタ間には、サブコンバータ１２と分圧回路１４３とを接続する伝送路から、抵抗Ｒ３の抵抗値に応じた電流が流れる。その結果、サブコンバータ１２の負荷は、大きくなる。

これを利用し、実施形態の変形例２に係る電源装置１では、メインコンバータ１１に完全発振と間欠発振とのいずれが起きている場合であっても、電圧検出回路１５から制御部１６に供給される第２電圧と直流電源１０から出力される入力電圧との相関関係を、前述の第１対応情報が示す相関関係と一致させることができる。これは、抵抗Ｒ３の抵抗値を調整することによって実現可能である。これにより、実施形態の変形例２に係る電源装置１（又は、補正回路２０Ｂ）は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、第２電圧に基づいて行われる制御の精度を向上させることができる。例えば、制御部１６は、直流電源１０から出力される入力電圧の大きさを精度よく推定することができる。その結果、電源装置１は、メインコンバータ１１に間欠発振が起こった場合であっても、メインコンバータ１１から出力される第１電圧を精度よく制御することができる。

なお、上記において説明した電源装置１は、電気自動車に搭載されてもよく、第１電圧によって駆動する他の装置に搭載されてもよい。
また、上記において説明した補正回路２０、補正回路２０Ａ、補正回路２０Ｂのそれぞれは、電源装置１のようなスイッチング電源装置に代えて、他の装置に適用されてもよい。

また、上記において説明したメインコンバータ１１に間欠発振が起きていることは、当該メインコンバータ１１において、メインコンバータ１１が駆動している期間と、メインコンバータ１１が駆動していない期間とが周期的に繰り返されることを意味する。メインコンバータ１１が駆動している期間は、メインコンバータ１１が備えるスイッチング素子の状態が、オン状態とオフ状態との間で周期的に切り替わる期間のことである。また、メインコンバータ１１が駆動している期間では、メインコンバータ１１が備えるスイッチング素子の状態がオン状態とオフ状態との間で切り替わる周波数は、駆動回路１３の駆動周波数である。一方、メインコンバータ１１が駆動している期間は、当該スイッチング素子の状態が、オフ状態のまま保持されている期間のことである。

また、上記において説明したメインコンバータ１１に完全発振が起きていることは、当該メインコンバータ１１において、当該メインコンバータ１１が備えるスイッチング素子の状態が、オン状態とオフ状態との間で周期的に切り替わっていることを意味する。そして、当該メインコンバータ１１に完全発振が起きている場合において、当該スイッチング素子の状態がオン状態とオフ状態との間で切り替わる周波数は、駆動回路１３の駆動周波数である。

以上のように、実施形態に係る補正回路（上記において説明した例では、補正回路２０、補正回路２０Ａ）は、入力電圧を変換して負荷に電力供給するメインコンバータと、メインコンバータ（上記において説明した例では、メインコンバータ１１）を駆動させる駆動回路を含む１以上の他の回路（上記において説明した例では、駆動回路１３、デューティ検出回路１４、制御部１６）に電力供給するサブコンバータ（上記において説明した例では、サブコンバータ１２）と、を備え、メインコンバータにより生成される第１電圧に基づいて、サブコンバータにより生成される第２電圧（上記において説明した例では、電圧検出回路１５により検出された第２電圧）を補正する。これにより、補正回路は、メインコンバータに間欠発振が起こった場合であっても、メインコンバータから出力される第１電圧を精度よく制御することができる。

また、補正回路は、メインコンバータにより生成される第１電圧をフィルタリングするフィルタ（上記において説明した例では、フィルタ１４１）と、フィルタによりフィルタリングされた後の第１電圧と参照電圧との差分に応じた第３電圧を出力する発振状態検知回路（上記において説明した例では、コンパレータ１４２）と、発振状態検知回路から出力される第３電圧に基づいて、サブコンバータにより生成される第２電圧を補正する制御部（上記において説明した例では、制御部１６）と、を備える、構成が用いられてもよい。

また、補正回路では、制御部は、第３電圧が含まれる電圧範囲毎に入力電圧と第２電圧とが対応付けられた対応情報の中から、発振状態検知回路から出力される第３電圧が含まれる電圧範囲についての対応情報を選択し、選択した対応情報に基づいて、サブコンバータにより生成される第２電圧を補正する、構成が用いられてもよい。

また、補正回路では、サブコンバータと制御部とを接続する伝送路（上記において説明した例では、伝送路ＥＬ１）には、制御部からの信号に応じてスイッチングを行うスイッチング素子（上記において説明した例では、スイッチング素子Ｓ２）を備え、スイッチング素子は、当該信号に応じて、伝送路とグラウンドとの間のスイッチングを行い、制御部は、発振状態検知回路から出力される第３電圧が所定の電圧範囲に含まれる場合、スイッチング素子の状態をオン状態に変化させることにより、サブコンバータにより生成される第２電圧を補正する、構成が用いられてもよい。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。

１…電源装置、１０…直流電源、１１…メインコンバータ、１２…サブコンバータ、１３…駆動回路、１４…デューティ検出回路、１５…電圧検出回路、１６…制御部、２０…補正回路、２０Ａ…補正回路、２０Ｂ…補正回路、１４１…フィルタ、１４２…コンパレータ、１４３…分圧回路、ＥＬ１…伝送路、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…抵抗、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…スイッチング素子

Claims (5)

1. 入力電圧を変換して負荷に電力供給するメインコンバータと、
   前記メインコンバータを駆動させる駆動回路を含む１以上の他の回路に電力供給するサブコンバータと、
   を備え、
   前記メインコンバータにより生成される第１電圧と、前記サブコンバータから供給される参照電圧との差分に応じた第３電圧に基づいて、前記サブコンバータにより生成される第２電圧を補正し、
   前記第１電圧は、平滑化される前の高周波パルス電圧である、
   補正回路。
2. 前記メインコンバータにより生成される前記第１電圧をフィルタリングするフィルタと、
   前記フィルタによりフィルタリングされた後の前記第１電圧と前記参照電圧との差分に応じた前記第３電圧を出力する発振状態検知回路と、
   前記発振状態検知回路から出力される前記第３電圧に基づいて、前記サブコンバータにより生成される前記第２電圧を補正する制御部と、
   を備える請求項１に記載の補正回路。
3. 前記制御部は、前記第３電圧が含まれる電圧範囲毎に前記入力電圧と前記第２電圧とが対応付けられた対応情報の中から、前記発振状態検知回路から出力される前記第３電圧が含まれる前記電圧範囲についての前記対応情報を選択し、選択した前記対応情報に基づいて、前記サブコンバータにより生成される前記第２電圧を補正する、
   請求項２に記載の補正回路。
4. 前記サブコンバータと前記制御部とを接続する伝送路には、前記制御部からの信号に応じてスイッチングを行うスイッチング素子を備え、
   前記スイッチング素子は、前記信号に応じて、前記伝送路とグラウンドとの間のスイッチングを行い、
   前記制御部は、前記発振状態検知回路から出力される前記第３電圧が所定の電圧範囲に含まれる場合、前記スイッチング素子の状態をオン状態に変化させることにより、前記サブコンバータにより生成される前記第２電圧を補正する、
   請求項２に記載の補正回路。
5. 前記メインコンバータと、
   前記サブコンバータと、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載の補正回路と、
   を備える電源装置。

Images