特許 6769717 電圧降下補償回路、スイッチング電源装置、電圧降下補償方法、および、スイッチング電源制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6769717

(24)【登録日】2020年9月28日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】電圧降下補償回路、スイッチング電源装置、電圧降下補償方法、および、スイッチング電源制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20201005BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 H

【請求項の数】10

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-44515(P2016-44515)

(22)【出願日】2016年3月8日

(65)【公開番号】特開2017-163661(P2017-163661A)

(43)【公開日】2017年9月14日

【審査請求日】2019年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】近藤 修平

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２２２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４６３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３６７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２５６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６５７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３３５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１４１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２４８３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力するＡＣカップリングコンデンサと、
第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力するＲＣフィルタと、
前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力するボルテージフォロアと、
を含み、
前記第１の入力信号は、スイッチング電源装置が電源信号を出力する部分である出力端における当該電源信号であり、
前記第２の入力信号は、前記電源信号が負荷に入力される部分である負荷端における当該電源信号である
ことを特徴とする電圧降下補償回路。

【請求項2】

請求項１に記載の電圧降下補償回路と、
前記電圧降下補償回路からの前記フィードバック用の信号を入力し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が基準電圧より低いと、前記出力端における前記電源信号を高く調節し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記出力端における前記電源信号を低く調節して出力するＤＣＤＣコンバータ回路と、
を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記電圧降下補償回路は、
前記出力端からの前記電源信号を前記第１の入力信号として入力し、負荷端からの前記電源信号を前記第２の入力信号として入力することを特徴とする請求項２のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記フィードバック用の信号を入力し制御信号を出力するＰＷＭ制御回路と、
前記制御信号にしたがいパルスを生成する２つのスイッチング回路と、
前記パルスを入力し平滑化し前記電源信号として出力する平滑回路と、
を含むことを特徴とする請求項３のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記ＰＷＭ制御回路は、
前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より低いと、前記パルスのデューティを上げるように前記制御信号を出力し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記パルスのデューティを下げるように前記制御信号を出力することを特徴とする請求項４のスイッチング電源装置。

【請求項6】

ＡＣカップリングコンデンサが、第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力し、
ＲＣフィルタが、第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力し、
ボルテージフォロアが、前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力し、
前記第１の入力信号は、スイッチング電源装置が電源信号を出力する部分である出力端における当該電源信号であり、
前記第２の入力信号は、前記電源信号が負荷に入力される部分である負荷端における当該電源信号である
ことを特徴とする電圧降下補償方法。

【請求項7】

ＤＣＤＣコンバータ回路が、請求項６の前記電圧降下補償方法により生成された前記フィードバック用の信号を入力し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が基準電圧より低いと、前記出力端における前記電源信号を高く調節し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記出力端における前記電源信号を低く調節して出力することを特徴とするスイッチング電源制御方法。

【請求項8】

前記出力端からの前記電源信号を前記第１の入力信号として入力し、負荷端からの前記電源信号を前記第２の入力信号として入力することを特徴とする請求項７のスイッチング電源制御方法。

【請求項9】

ＰＷＭ制御回路が、前記フィードバック用の信号を入力し制御信号を出力し、
２つのスイッチング回路が、前記制御信号にしたがいパルスを生成し、
平滑回路が、前記パルスを入力し平滑化し前記電源信号として出力することを特徴とする請求項８のスイッチング電源制御方法。

【請求項10】

前記ＰＷＭ制御回路が、
前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より低いと、前記パルスのデューティを上げるように前記制御信号を出力し、前記フィードバック用の信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記パルスのデューティを下げるように前記制御信号を出力することを特徴とする請求項９のスイッチング電源制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電圧降下補償回路、スイッチング電源装置、電圧降下補償方法、および、スイッチング電源制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング電源装置に関する技術の一例が、特許文献１に記載されている。この技術は、スイッチング電源装置の出力端子の出力電圧を監視しこれを安定化させる第１の制御ループと、前記出力端子に接続される負荷の電源端子近傍の電圧を監視する第２の制御ループとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２８９６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の第２の制御ループにおいては、スイッチング電源装置と負荷までの経路が長いため、電磁ノイズ、クロストーク等の様々な外乱が入り込む可能性が高い。その結果、第２の制御ループからの外乱がフィードバックされ、負荷までの経路により低下した電源信号（ＤＣ成分）を正確に抽出できないという問題がある。

【0005】

本発明の目的は、上記問題点を解決した電圧降下補償回路、スイッチング電源装置、電圧降下補償方法、および、スイッチング電源制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電圧降下補償回路は、第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力するＡＣカップリングコンデンサと、第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力するＲＣフィルタと、前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力するボルテージフォロアとを含む。

【0007】

本発明の電圧降下補償方法は、ＡＣカップリングコンデンサが、第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力し、ＲＣフィルタが、第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力し、ボルテージフォロアが、前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の効果は、ＤＣＤＣコンバータから負荷端までの経路により低下した電源信号からＡＣ成分を除去し、ＤＣ成分を抽出し、電圧降下補償に使用できることである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0011】

図１は、第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、電圧降下補償回路１００は、ＡＣカップリングコンデンサ１１０、ＲＣフィルタ１２０、および、ボルテージフォロア１３０を含む。ここで、ＡＣは、Alternating Current（すなわち、交流）である。また、ＲＣは、Resistor Capacitor（すなわち、抵抗、コンデンサ）である。

【0012】

電圧降下補償回路１００からの出力信号（すなわち、ボルテージフォロア１３０からの出力信号）の出口は、出力端１５１と呼ばれる。

【0013】

電圧降下補償回路１００への入力信号であるＡＣカップリングコンデンサ１１０への入力信号の入り口は、入力端１６１と呼ばれる。また、電圧降下補償回路１００への入力信号であるＲＣフィルタ１２０への入力信号の入り口は、入力端１６２と呼ばれる。

【0014】

次に、第１の実施の形態の動作について図面を参照して説明する。

【0015】

ＡＣカップリングコンデンサ１１０は、入力端１６１からの入力信号のＤＣ（direct current；直流）成分を除去し、ＡＣ成分を通す。ＲＣフィルタ１２０は、たとえば、抵抗とコンデンサとで構成され、入力端１６２からの入力信号のＡＣ成分を除去し、ＤＣ成分を通す。ＡＣカップリングコンデンサ１１０の出力とＲＣフィルタ１２０の出力とは結合される。結合の結果、両出力の電圧は、重畳され、ボルテージフォロア１３０の正端子に入力される。

【0016】

ボルテージフォロア１３０は、たとえば、オペレーショナル・アンプリファイアで構成され、自出力を負端子に入力するネガティブフィードバック回路を形成する。そして、ＡＣカップリングコンデンサ１１０、および、ＲＣフィルタ１２０によりインピーダンスが高くなるので、ボルテージフォロア１３０は、インピーダンスを下げる。

【0017】

入力端１６１に、ＤＣＤＣコンバータ回路（図示しない）の出力端（近傍を含む）からの電源信号を入力する構成（ローカルセンシング）が可能である。また、入力端１６２に、ＤＣＤＣコンバータ回路からの電源信号を入力する負荷（図示しない）の負荷端（近傍を含む）からの電源信号を入力する構成（リモートセンシング）が可能である。

【0018】

そして、出力端１５１からの出力信号をＤＣＤＣコンバータ回路のフィードバック用の入力端に供給する構成が可能である。

【0019】

次に、第１の実施の形態の効果について説明する。

【0020】

第１の実施の形態は、上述したリモートセンシングの構成をとると、ＤＣＤＣコンバータから負荷端までの経路により低下した電源信号からＡＣ成分を除去し、ＤＣ成分を抽出し、電圧降下補償に使用できるという第１の効果を持つ。

【0021】

また、第１の実施の形態は、上述したローカルセンシング、および、リモートセンシングの構成を両方とることにより、ローカルセンシングの利点（安定性）、および、リモートセンシングの利点（電圧降下補償）の両方を備えるという第２の効果を持つ。

【0022】

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0023】

図２は、第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、スイッチング電源装置５００は、ＤＣＤＣコンバータ回路２００、および、第１の実施の形態の電圧降下補償回路１００を含む。

【0024】

ＤＣＤＣコンバータ回路２００は、ＰＷＭ制御回路２１０、スイッチング回路２２１、スイッチング回路２２２、平滑回路２３０、および、ノイズ除去回路２４０を含む。ＰＷＭは、Pulse Width Modulation、すなわち、パルス幅モジュレーションである。スイッチング回路２２１、２２２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）等で構成される。

【0025】

ＰＷＭ制御回路２１０のフィードバック用信号の入り口（すなわち、ＤＣＤＣコンバータ回路２００のフィードバック用信号の入り口と等価）は、入力端２１１と呼ばれる。ソース電源信号Ｖｉｎは、電源ノイズを除去するノイズ除去回路２４０を経由しスイッチング回路２２１に入力される。

【0026】

スイッチング電源装置５００から（つまり、ＤＣＤＣコンバータ回路２００から）の電源信号（すなわち、平滑回路２３０からの電源信号）の出口（近傍を含む）は、出力端５０１と呼ばれる。

【0027】

出力端５０１からの電源信号は、負荷８００に入力される。負荷８００の電源信号の入り口（近傍を含む）は、負荷端８０１と呼ばれる。出力端５０１からの電源信号は、入力端１６１から電圧降下補償回路１００に入力される。負荷端８０１からの電源信号は、入力端１６２から電圧降下補償回路１００に入力される。

【0028】

電圧降下補償回路１００の出力端１５１からのフィードバック用信号は入力端２１１からＰＷＭ制御回路２１０に入力される。

【0029】

次に、第２の実施の形態の動作について図面を参照して説明する。

【0030】

ＰＷＭ制御回路２１０は、入力端２１１からのフィードバック用信号の電圧と基準電圧（図示しない）とを比較する。フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、ＰＷＭ制御回路２１０は、スイッチング回路２２１をオンする時間を長くするように制御信号２５１を出力する。

【0031】

フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より高いと、ＰＷＭ制御回路２１０は、スイッチング回路２２２をオンする時間を長くするように制御信号２５２を出力する。また、ＰＷＭ制御回路２１０は、同時には、スイッチング回路２２１、および、スイッチング回路２２２をオンにしない。

【0032】

スイッチング回路２２１は、オンの時、ソース端子にノイズ除去されたソース電源Ｖｉｎを出力する。スイッチング回路２２２は、オンの時、ドレイン端子をグランドに引き込む。スイッチング回路２２１のソース端子とスイッチング回路２２２のドレイン端子とは接続され、パルスが生成され、平滑回路２３０に入力される。

【0033】

すなわち、フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、パルスのデューティが上がるように制御され、フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より高いと、パルスのデューティが下がるように制御される。そして、平滑回路２３０は、パルスを平滑化して電源信号として出力端５０１に出力する。

【0034】

すなわち、ＤＣＤＣコンバータ回路２００は、フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、電源信号を高く調節し、フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より高いと、電源信号を低く調節する。

【0035】

出力端５０１には、適正電圧の付近を往復するようなリップル波が発生する。電圧降下補償回路１００のＡＣカップリングコンデンサ１１０は、このリップル波のＡＣ成分のみを取り出すことができる。

【0036】

一方、負荷端８０１には、電圧が降下し、さらに、電磁ノイズ、クロストーク等の様々な外乱（ＡＣ成分）の混入した波形が現れる可能性が高い。電圧降下補償回路１００のＲＣフィルタ１２０は、この外乱（ＡＣ成分）を除去し、ＤＣ成分のみを取り出すことができる。

【0037】

以上により、電圧降下補償回路１００からは、優れたフィードバック信号をＤＣＤＣコンバータ回路２００のＰＷＭ制御回路２１０に出力することができる。

【0038】

次に、第２の実施の形態の効果について説明する。

【0039】

第２の実施の形態は、第１の実施の形態の電圧降下補償回路１００を含むので、第１の実施の形態と同一の効果をもつ。

【0040】

上記の実施の形態の一部、または、全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

【0041】

［付記１］
第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力するＡＣカップリングコンデンサと、
第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力するＲＣフィルタと、
前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力するボルテージフォロアと、
を含むことを特徴とする電圧降下補償回路。

【0042】

［付記２］
前記電圧降下補償回路と、
前記電圧降下補償回路からの前記フィードバック用の信号を入力し、前記フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、電源信号を高く調節し、前記フィードバック信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記電源信号を低く調節して出力するＤＣＤＣコンバータ回路と、
を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。

【0043】

［付記３］
前記電圧降下補償回路は、
前記ＤＣＤＣコンバータ回路の出力端からの前記電源信号を前記第１の入力信号として入力し、負荷端からの前記電源信号を前記第２の入力信号として入力することを特徴とする付記２のスイッチング電源装置。

【0044】

［付記４］
前記フィードバック信号を入力し制御信号を出力するＰＷＭ制御回路と、
前記制御信号にしたがいパルスを生成する２つのスイッチング回路と、
前記パルスを入力し平滑化し前記電源信号として出力する平滑回路と、
を含むことを特徴とする付記３のスイッチング電源装置。

【0045】

［付記５］
前記ＰＷＭ制御回路は、
前記フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、前記パルスのデューティを上げるように前記制御信号を出力し、前記フィードバック信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記パルスのデューティを下げるように前記制御信号を出力することを特徴とする付記４のスイッチング電源装置。

【0046】

［付記６］
ＡＣカップリングコンデンサが、第１の入力信号のＤＣ成分を除去しＡＣ成分を出力し、
ＲＣフィルタが、第２の入力信号のＡＣ成分を除去しＤＣ成分を出力し、
ボルテージフォロアが、前記ＡＣカップリングコンデンサの出力、および、前記ＲＣフィルタの出力の結合を入力しインピーダンスを下げてフィードバック用の信号として出力することを特徴とする電圧降下補償方法。

【0047】

［付記７］
ＤＣＤＣコンバータ回路が、付記６の前記電圧降下補償方法により生成された前記フィードバック用の信号を入力し、前記フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、電源信号を高く調節し、前記フィードバック信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記電源信号を低く調節して出力することを特徴とするスイッチング電源制御方法。

【0048】

［付記８］
前記ＤＣＤＣコンバータ回路の出力端からの前記電源信号を前記第１の入力信号として入力し、負荷端からの前記電源信号を前記第２の入力信号として入力することを特徴とする付記７のスイッチング電源制御方法。

【0049】

［付記９］
ＰＷＭ制御回路が、前記フィードバック信号を入力し制御信号を出力し、
２つのスイッチング回路が、前記制御信号にしたがいパルスを生成し、
平滑回路が、前記パルスを入力し平滑化し前記電源信号として出力することを特徴とする付記８のスイッチング電源制御方法。

【0050】

［付記１０］
前記ＰＷＭ制御回路が、
前記フィードバック信号の電圧の方が基準電圧より低いと、前記パルスのデューティを上げるように前記制御信号を出力し、前記フィードバック信号の電圧の方が前記基準電圧より高いと、前記パルスのデューティを下げるように前記制御信号を出力することを特徴とする付記９のスイッチング電源制御方法。

【符号の説明】

【0051】

１００ 電圧降下補償回路
１１０ ＡＣカップリングコンデンサ
１２０ ＲＣフィルタ
１３０ ボルテージフォロア
１５１ 出力端
１６１ 入力端
１６２ 入力端
２００ ＤＣＤＣコンバータ回路
２１０ ＰＷＭ制御回路
２１１ 入力端
２２１ スイッチング回路
２２２ スイッチング回路
２３０ 平滑回路
２５１ 制御信号
２５２ 制御信号
５００ スイッチング電源装置
５０１ 出力端
８００ 負荷
８０１ 負荷端

【図1】

【図2】