特許 7485094 電源システム装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】電源システム装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240509BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 W

H02M3/155 P

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022576646

(86)(22)【出願日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 JP2022001131

(87)【国際公開番号】W WO2022158388

(87)【国際公開日】2022-07-28

【審査請求日】2023-05-15

(31)【優先権主張番号】P 2021006167

(32)【優先日】2021-01-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】細谷 達也

【審査官】遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－５０８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５１９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／５００９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通制御部および個別アナログ制御部を有するユニット制御部をそれぞれに備える複数のコンバータユニットを備え、
前記複数のコンバータユニットのそれぞれは、
インダクタとスイッチング回路と前記個別アナログ制御部とをそれぞれに備える複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の入力部が並列に接続され、入力電源に接続される共通入力端子と、
前記複数の電力変換回路の出力部が並列接続され、負荷に接続される共通出力端子と、
前記複数の電力変換回路に対して、発振制御信号を出力する前記共通制御部と、
を備え、
前記個別アナログ制御部は、
前記共通出力端子の出力電圧を検出して電圧帰還信号を生成し、前記電圧帰還信号をフィードバックする電圧帰還信号生成部および個別電圧帰還ループと、
前記電圧帰還信号を用いて前記スイッチング回路のスイッチング素子を駆動する駆動部と、
を備え、
前記ユニット制御部は、
前記個別電圧帰還ループを用いたフィードバック制御を行いながら、
前記複数のコンバータユニットにおいて、一方のコンバータユニットをマスタ制御とし、他方のコンバータユニットをスレーブ制御とするように、前記発振制御信号を同期するマスタスレーブ制御を実行し、
前記入力電源の電圧を前記複数のコンバータユニットの前記複数の電力変換回路を用いて電圧変換する電圧変換動作を、前記複数のコンバータユニットで同期させて実行しながら、前記負荷に電力を供給する、
電源システム装置。

【請求項2】

前記共通制御部は、プログラマブルなマイクロプロセッサで構成される、
請求項１に記載の電源システム装置。

【請求項3】

前記共通制御部は、前記複数の電力変換回路に対して、互いにスイッチング周波数の位相をずらせた前記発振制御信号を出力する、
請求項１または請求項２に記載の電源システム装置。

【請求項4】

前記複数のユニット制御部における前記スレーブ制御のユニット制御部は、前記複数のユニット制御部における前記マスタ制御のユニット制御部に対して、基準となる位相を所定値ずらす、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電源システム装置。

【請求項5】

前記所定値の位相は、１８０°である、
請求項４に記載の電源システム装置。

【請求項6】

前記複数のユニット制御部は、前記複数の電力変換回路に対する前記発振制御信号の位相が全て異なるように設定する、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電源システム装置。

【請求項7】

前記電圧帰還信号生成部は、
前記複数の電力変換回路を並列に接続する共通ノードと、
前記複数の電力変換回路のインダクタの電流に基づく個別電流信号を生成する個別電流信号生成部と、
前記複数の電力変換回路に対する前記個別電流信号から前記共通ノードに流れる共通バス信号を生成する共通信号生成部と、
を備え、
前記個別電流信号と前記共通バス信号の差から個別電流帰還信号を生成し、前記電圧帰還信号として出力する、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電源システム装置。

【請求項8】

前記電圧帰還信号生成部は、
前記共通出力端子の出力電圧に前記個別電流帰還信号を加算した信号を、前記電圧帰還信号として出力する、
請求項７に記載の電源システム装置。

【請求項9】

前記共通信号生成部は、前記複数の電力変換回路の前記個別電流信号の最大値を用いて、前記共通バス信号を生成する、
請求項７または請求項８に記載の電源システム装置。

【請求項10】

前記共通信号生成部は、前記複数の電力変換回路の前記個別電流信号の平均値を用いて、前記共通バス信号を生成する、
請求項７または請求項８に記載の電源システム装置。

【請求項11】

前記インダクタの電流を検出するインダクタ電流検出回路を備え、
前記インダクタ電流検出回路は、
前記インダクタに並列接続される検出用コンデンサと検出用抵抗の直列回路を備え、
前記検出用コンデンサと前記検出用抵抗は、前記インダクタが有するスイッチング周波数における特定のインダクタンスと特定の交流抵抗に対して所定の関係を有するＣＲ時定数を有し、
前記検出用コンデンサの両端電圧を、前記インダクタの電流の検出信号とする、
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の電源システム装置。

【請求項12】

前記スイッチング回路と前記個別アナログ制御部とは、一体化して集積されたＦＥＴ内蔵ＰＷＭ制御ＩＣで構成される、
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の電源システム装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電力変換回路を備えた電源システム装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、システムスイッチング電源装置が記載されている。特許文献１のシステムスイッチング電源装置は、インダクタ、スイッチング回路、および、個別アナログ制御部をそれぞれに備える複数の電力変換回路と、複数の電力変換回路に対して発振制御信号を出力する共通制御部とを備える。

【0003】

個別アナログ制御部は、アナログ電子回路によって形成されている。個別アナログ制御部は、電力変換回路の出力状態を検出して帰還信号を生成する帰還信号生成部と、帰還信号に応じてスイッチング回路の駆動制御を行う駆動部を備える。共通制御部は、プログラマブルな演算処理を実行できるデジタル電子回路によって形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開２０２０／１８３８２０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に示す構成では、電力変換回路の必要な個数がさらに多くなると、共通制御部の制御がより複雑になり、難しくなる。共通制御部においては、数多くの信号入力端子と信号出力端子を備えることが必要となり、共通制御部が大型化する。また、電力変換回路の必要な個数に応じた設計変更や設計調整を行わなければならず、システムの変更が容易ではなかった。

【0006】

したがって、本発明の目的は、必要な電力変換回路の個数変更に容易に対応可能な電源システム装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の電源システム装置は、共通制御部および個別アナログ制御部を有するユニット制御部をそれぞれに備える複数のコンバータユニットを備える。

【0008】

複数のコンバータユニットのそれぞれは、インダクタとスイッチング回路と個別アナログ制御部とをそれぞれに備える複数の電力変換回路と、複数の電力変換回路の入力部が並列に接続され、入力電源に接続される共通入力端子と、複数の電力変換回路の出力部が並列接続され、負荷に接続される共通出力端子と、複数の電力変換回路に対して、発振制御信号を出力する前記共通制御部と、を備える。個別アナログ制御部は、共通出力端子の出力電圧を検出して電圧帰還信号を生成し、電圧帰還信号をフィードバックする電圧帰還信号生成部および個別電圧帰還ループと、電圧帰還信号を用いてスイッチング回路のスイッチング素子を駆動する駆動部と、を備える。

【0009】

ユニット制御部は、個別電圧帰還ループを用いたフィードバック制御を行いながら、複数のコンバータユニットにおいて、一方のコンバータユニットをマスタ制御とし、他方のコンバータユニットをスレーブ制御とするように、発振制御信号を同期するマスタスレーブ制御を実行する。ユニット制御部は、入力電源の電圧を複数のコンバータユニットの複数の電力変換回路を用いて電圧変換する電圧変換動作を、複数のコンバータユニットで同期させて実行しながら、負荷に電力を供給する。

【0010】

この構成では、負荷の電力に応じて必要な電力変換回路の個数が変化しても、マスタスレーブ制御によって、電力変換回路の運転数、位相が自動的に適切に制御される。

【発明の効果】

【0011】

この発明によれば、電力変換回路の個数変更に容易に対応でき、出力電流や出力電力の電気仕様の変更に対して柔軟な設計対応が可能な規模拡張性を備えた電源システム装置を実現できる。また、共通制御部においては、信号入力端子と信号出力端子を数多く備えることが不要となり、流通量が多く、汎用性の高い制御回路を構成でき、シンプルで低コストに電源システム装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（４ユニット）を示す概略ブロック図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（４ユニット）を示す回路ブロック図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（２ユニット）を示す回路ブロック図である。

【図4】図４は、マスタ側のＭＰＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、スレーブ側のＭＰＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、位相制御の第１態様の一例を示す表である。

【図7】図７は、運転数の切り替えの概念を説明するための、出力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。

【図8】図８は、位相制御の第２態様の一例を示す表である。

【図9】図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）は、本発明の実施形態を用いた場合の出力電流に対する出力電圧および電力変換効率を示すグラフである。

【図10】図１０は、第１の実施形態に係る電力変換回路の等価回路図である。

【図11】図１１は、本実施形態に係る帰還信号生成部の一例を示す等価回路図である。

【図12】図１２は、第２の実施形態に係る電源システム装置の帰還信号生成部の等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る電源システム装置について、図を参照して説明する。

【0014】

（４ユニット構成の電源システム装置１０Ｕ４の概略構成）
図１は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（４ユニット）を示す概略ブロック図である。図２は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（４ユニット）を示す回路ブロック図である。

【0015】

図１、図２に示すように、電源システム装置１０は、コンバータユニット１１およびコンバータユニット１２、および、分圧回路６０を備える。コンバータユニット１１およびコンバータユニット１２は、共通入力端子Ｐｉｎおよび共通出力端子Ｐｏｕｔに、並列に接続されている。

【0016】

図１、図２に示すように、電源システム装置１０Ｕ４は、４台のコンバータユニット１１－１４、および、分圧回路６０を備える。４台のコンバータユニット１１－１４は、共通入力端子Ｐｉｎおよび共通出力端子Ｐｏｕｔに、並列に接続されている。

【0017】

共通入力端子Ｐｉｎは、外部の直流電圧源（入力電源）に接続されている。電源システム装置１０は、共通入力端子Ｐｉｎから直流の共通入力電圧Ｖｉｎの供給を受けている。共通出力端子Ｐｏｕｔは、負荷Ｒｏに接続されている。共通出力端子Ｐｏｕｔの電圧が、電源システム装置１０の共通出力電圧Ｖｏｕｔとなる。

【0018】

４台のコンバータユニット１１－１４とは、それぞれのＭＰＵの制御モードを除き、同じ回路構成である。４台のコンバータユニット１１－１４のＭＰＵは、相互にデータ通信可能であり、１台のＭＰＵがマスタ制御を行い、他のＭＰＵがスレーブ制御を行う。例えば、コンバータユニット１１のＭＰＵ２１がマスタ制御を行い、他のコンバータユニット１２－１４の各ＭＰＵがスレーブ制御を行う。これら各コンバータユニット１１－１４のＭＰＵが、本発明の「共通制御部」に対応する。

【0019】

コンバータユニット１１は、ＭＰＵ２１、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４を備える。また、コンバータユニット１１は、入力コンデンサＣｉ１１、入力コンデンサＣｉ１２、入力コンデンサＣｉ１３、および、入力コンデンサＣｉ１４を備える。

【0020】

コンバータユニット１２は、ＭＰＵ２２、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４を備える。また、コンバータユニット１２は、入力コンデンサＣｉ２１、入力コンデンサＣｉ２２、入力コンデンサＣｉ２３、および、入力コンデンサＣｉ２４を備える。

【0021】

図示を省略しているが、コンバータユニット１３、１４は、それぞれに、ＭＰＵ、および、複数の電力変換回路を備える。また、コンバータユニット１３、１４は、それぞれが備える電力変換回路毎に入力コンデンサを備える。

【0022】

分圧回路６０は、抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路である。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路の一方端は、４台のコンバータユニット１１－１４の各電力変換回路に接続されている。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路の一方端は、基準電位に接続されている。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との接続点は、４台のコンバータユニット１１－１４のＭＰＵにそれぞれ接続されている。

【0023】

（４ユニット構成の電源システム装置１０Ｕ４の概略制御）
マスタとなるコンバータユニットのＭＰＵ、例えば、コンバータユニット１１のＭＰＵ２１は、運転数信号Ｓｏｐに基づいて、運転数を含む運転情報を生成する。運転情報とは、マスタ側での運転数、スレーブ側での運転の有無、スレーブ側での運転数、および、制御信号の位相等が含まれている。

【0024】

ＭＰＵ２１は、運転情報に基づいて、コンバータユニット１１の複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に対する制御信号を生成して、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に出力する。

【0025】

ＭＰＵ２１は、スレーブとなるコンバータユニット１２－１４の各ＭＰＵに対して、運転情報を送信する。すなわち、マスタであるＭＰＵ２１は、スレーブ側で運転が必要かどうかを判断し、その判断内容に応じた運転情報を生成して、スレーブとなる各ＭＰＵに送信する。

【0026】

スレーブとなる各ＭＰＵは、運転情報に基づいて、それぞれが制御するコンバータユニット１２－１４の複数の電力変換回路に対する制御信号を生成して出力する。スレーブとなるコンバータユニット１２－１４は、それぞれのＭＰＵからの制御信号に基づいて、電力変換を行う。

【0027】

このように、コンバータユニット１１のみを動作させるときは、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１のみを動作させる。一方、例えば、２台のコンバータユニット１１、１２を動作させるときは、各コンバータユニットのＭＰＵは、同期して、２台のコンバータユニット１１、１２を並行して動作させる。また、３台のコンバータユニット１１－１３を動作させるときは、各コンバータユニットのＭＰＵは、同期して、３台のコンバータユニット１１－１３を並行して動作させる。また、４台のコンバータユニット１１－１４を動作させるときは、各コンバータユニットのＭＰＵは、同期して、４台のコンバータユニット１１－１４を並行して動作させる。

【0028】

これにより、電源システム装置１０Ｕ４は、負荷の状態に応じた運転対象の電力変換回路の個数変更に、容易に対応できる。したがって、電源システム装置１０Ｕ４は、負荷の状態に応じた適切な共通出力電圧Ｖｏｕｔを、負荷に供給できる。

【0029】

さらに、コンバータユニット１１のみを動作させるときは、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１をマルチフェーズコンバータとして動作させる。一方、例えば、２台のコンバータユニット１１、１２を動作させるときは、各ＭＰＵは同期して、２台のコンバータユニット１１、１２を一体として、マルチフェーズコンバータとして動作させる。また、３台のコンバータユニット１１－１３を動作させるときは、各ＭＰＵは同期して、３台のコンバータユニット１１－１３を一体として、マルチフェーズコンバータとして動作させる。コンバータユニット１１－１４を動作させるときは、各ＭＰＵは同期して、４台のコンバータユニット１１－１４を一体として、マルチフェーズコンバータとして動作させる。すなわち、各コンバータユニットのＭＰＵは、運転数に応じて、運転対象の電力変換回路に出力する制御信号の発振信号の位相を制御する。

【0030】

このように、動作させるコンバータユニットの個数に応じて、動作させるコンバータユニットが同期して、マルチフェーズ制御される。これにより、電源システム装置１０Ｕ４は、共通出力電圧Ｖｏｕｔのリップル電圧を小さくできる。

【0031】

また、この構成では、１つのＭＰＵで生成して出力する制御信号の数を、少なくできる。したがって、ＭＰＵの構成処理が簡素化できる。そして、このような簡素化されたＭＰＵを用いても、上述のような多様な制御態様を、容易に且つ確実に実現できる。この際、ＭＰＵがプログラマブルなデジタル電子回路であることによって、上述の制御を、アナログ回路を用いるよりも、容易に実現できる。 なお、電源システム装置を構成するコンバータユニットの台数は、４台に限るものではなく、複数台（２台以上）であれば、本発明の構成を適用し、同様の作用効果を奏することができる。

【0032】

（２ユニット構成の電源システム装置１０の全体の構成） 上述の説明では、４台のコンバータユニット１１－１４を用いた電源システム装置１０Ｕ４について、概略的に説明したが、以下では、本発明の特徴がより分かり易くなるように、２台のコンバータユニット１１、１２を用いた電源システム装置１０を用いて、より具体的な構成および制御を説明する。

【0033】

図３は、第１の実施形態に係る電源システム装置の一例（２ユニット）を示す回路ブロック図である。図３に示すように、電源システム装置１０は、コンバータユニット１１およびコンバータユニット１２、および、分圧回路６０を備える。コンバータユニット１１およびコンバータユニット１２は、共通入力端子Ｐｉｎおよび共通出力端子Ｐｏｕｔに、並列に接続されている。

【0034】

共通入力端子Ｐｉｎは、外部の直流電圧源（入力電源）に接続されている。電源システム装置１０は、共通入力端子Ｐｉｎから直流の共通入力電圧Ｖｉｎの供給を受けている。共通出力端子Ｐｏｕｔは、負荷Ｒｏに接続されている。共通出力端子Ｐｏｕｔの電圧が、電源システム装置１０の共通出力電圧Ｖｏｕｔとなる。

【0035】

コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とは、ＭＰＵ２１とＭＰＵ２２の制御モードを除き、同じ回路構成である。コンバータユニット１１のＭＰＵ２１とコンバータユニット１２のＭＰＵ２２とは、相互にデータ通信可能であり、一方がマスタ制御を行い、他方がスレーブ制御を行う。例えば、コンバータユニット１１のＭＰＵ２１がマスタ制御を行い、コンバータユニット１２のＭＰＵ２２がスレーブ制御を行う。

【0036】

コンバータユニット１１は、ＭＰＵ２１、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４を備える。また、コンバータユニット１１は、入力コンデンサＣｉ１１、入力コンデンサＣｉ１２、入力コンデンサＣｉ１３、および、入力コンデンサＣｉ１４を備える。

【0037】

コンバータユニット１２は、ＭＰＵ２２、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４を備える。また、コンバータユニット１２は、入力コンデンサＣｉ２１、入力コンデンサＣｉ２２、入力コンデンサＣｉ２３、および、入力コンデンサＣｉ２４を備える。

【0038】

分圧回路６０は、抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路である。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路の一方端は、コンバータユニット１１の電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４と、コンバータユニット１２の電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４とに接続されている。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との直列回路の一方端は、基準電位に接続されている。抵抗Ｒ６１と抵抗Ｒ６２との接続点は、ＭＰＵ２１およびＭＰＵ２２に接続されている。

【0039】

（コンバータユニット１１の構成）
ＭＰＵ２１は、共通入力端子Ｐｉｎに接続されており、共通入力端子Ｐｉｎを通じて電源供給されている。この電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ１１を通してグランド基準電位に接続されている。

【0040】

ＭＰＵ２１は、デジタル電子回路からなり、プログラマブルなＭｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔである。ＭＰＵ２１は、プログラマブルな演算処理を実行可能なデバイスである。ＭＰＵ２１は、プログラマブルな演算処理によって、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４の駆動部への制御信号（発振制御信号）を生成する。

【0041】

ＭＰＵ２１は、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に接続されている。ＭＰＵ２１は、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４のそれぞれに対して、制御信号を出力する。

【0042】

例えば、ＭＰＵ２１は、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４の内、運転する電力変換回路（動作を有効にする電力変換回路）に、その電力変換回路に応じた制御信号を出力し、運転しない電力変換回路（動作を無効にする電力変換回路）には制御信号を出力しない。

【0043】

この際、ＭＰＵ２１は、共通出力電圧Ｖｏｕｔに基づく運転数信号Ｓｏｐを分圧回路６０によって分圧した電圧を用いて、運転する電力変換回路の個数を決定する。

【0044】

ＭＰＵ２１から各電力変換回路に出力される制御信号は、各電力変換回路のスイッチング周波数からなる発振信号を含んでいる。各制御信号の発振信号は位相差を有し、ＭＰＵ２１は、この位相差を設定する。

【0045】

電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、アナログ電子回路からなる。なお、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４の具体的な回路構成は、後述する。

【0046】

電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、共通入力端子Ｐｉｎに接続されており、共通入力端子Ｐｉｎを通じて電源供給されている。電力変換回路３１１の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ１１を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３１２の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ１２を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３１３の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ１３を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３１４の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ１４を通してグランド基準電位に接続されている。

【0047】

電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４の出力端は、共通出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。

【0048】

電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、電圧帰還信号生成部および個別電圧帰還ループを、それぞれに備えている。この構成によって、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、ＭＰＵ２１から制御信号を受けて、ＰＷＭ制御を用いたスイッチング制御を行って、それぞれに電力変換を行う。この際、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、それぞれの個別電圧帰還ループを用いた帰還信号に基づいて、共通出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、すなわち、負荷の状態に応じて、インダクタ電流を、適切、且つ、高速に制御する。

【0049】

そして、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４に与えられる制御信号が位相差を有することによって、電力変換回路３１１、電力変換回路３１２、電力変換回路３１３、および、電力変換回路３１４は、マルチフェーズ制御される。したがって、共通出力電圧Ｖｏｕｔのリップル電圧は、抑制される。

【0050】

（コンバータユニット１２の構成）
ＭＰＵ２２は、共通入力端子Ｐｉｎに接続されており、共通入力端子Ｐｉｎを通じて電源供給されている。この電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ２１を通してグランド基準電位に接続されている。

【0051】

ＭＰＵ２２は、デジタル電子回路からなり、プログラマブルなＭｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔである。ＭＰＵ２２は、プログラマブルな演算処理を実行可能なデバイスである。ＭＰＵ２２は、プログラマブルな演算処理によって、複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４の駆動部への制御信号（発振制御信号）を生成する。

【0052】

ＭＰＵ２２は、複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４に接続されている。ＭＰＵ２２は、複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４のそれぞれに対して、制御信号を出力する。

【0053】

この際、ＭＰＵ２２は、ＭＰＵ２１からの運転情報（詳細は後述する。）に基づいて、複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４に対する制御信号を生成し、出力する。ＭＰＵ２２から各電力変換回路に出力される制御信号は、各電力変換回路のスイッチング周波数からなる発振信号を含んでいる。各制御信号の発振信号は位相差を有し、ＭＰＵ２２は、この位相差を設定する。

【0054】

電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、アナログ電子回路からなる。なお、電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４の具体的な回路構成は、電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４と同様である。

【0055】

電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、共通入力端子Ｐｉｎに接続されており、共通入力端子Ｐｉｎを通じて電源供給されている。電力変換回路３２１の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ２１を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３２２の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ２２を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３２３の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ２３を通してグランド基準電位に接続されている。電力変換回路３２４の電源供給ラインは、入力コンデンサＣｉ２４を通してグランド基準電位に接続されている。

【0056】

電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４の出力端は、共通出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。

【0057】

電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、電圧帰還信号生成部および個別電圧帰還ループを、それぞれに備えている。この構成によって、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、ＭＰＵ２２から制御信号を受けて、ＰＷＭ制御を用いたスイッチング制御を行って、それぞれに電力変換を行う。この際、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、それぞれの個別電圧帰還ループを用いた帰還信号に基づいて、共通出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、すなわち、負荷の状態に応じて、インダクタ電流を、適切、且つ、高速に制御する。

【0058】

そして、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４に与えられる制御信号が位相差を有することによって、電力変換回路３２１、電力変換回路３２２、電力変換回路３２３、および、電力変換回路３２４は、マルチフェーズ制御される。したがって、共通出力電圧Ｖｏｕｔのリップル電圧は、抑制される。

【0059】

（マスタスレーブ制御の具体例）
マスタ側のコンバータユニット１１のＭＰＵ２１は、運転数信号Ｓｏｐに基づいて、運転数を含む運転情報を生成する。運転情報とは、マスタ側での運転数、スレーブ側での運転の有無、スレーブ側での運転数、および、制御信号の位相等が含まれている。

【0060】

ＭＰＵ２１は、運転情報に基づいて、コンバータユニット１１の複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に対する制御信号を生成して、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に出力する。

【0061】

ＭＰＵ２１は、スレーブ側のコンバータユニット１２のＭＰＵ２２に対して、運転情報を送信する。すなわち、マスタであるＭＰＵ２１は、スレーブ側で運転が必要かどうかを判断し、その判断内容に応じた運転情報を生成して、スレーブ側のＭＰＵ２２に送信する。

【0062】

例えば、ＭＰＵ２１は、図４に示すような処理フローによってマスタ制御を行う。図４は、マスタ側のＭＰＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0063】

ＭＰＵ２１は、運転数信号Ｓｏｐを取得する（Ｓ１１）。ＭＰＵ２１は、運転数信号Ｓｏｐのレベルから、運転数ｎを決定する（Ｓ１２）。ＭＰＵ２１は、運転数の切り替えが必要であるか否かを判断する（Ｓ１３）。

【0064】

ＭＰＵ２１は、運転数の切り替えが必要であれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、スレーブ側の運転が必要かどうかを判定する（Ｓ１４）。一方、ＭＰＵ２１は、運転数の切り替えが必要でなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、現状の制御状態を維持する。

【0065】

ＭＰＵ２１は、スレーブ側の運転が必要でなければ（Ｓ１４：ＮＯ）、コンバータユニット１１内での制御信号の変更を行う（Ｓ１６）。

【0066】

ＭＰＵ２１は、スレーブ側の運転が必要であれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、スレーブのＭＰＵ２２へ運転情報を送信して（Ｓ１５）、コンバータユニット１１内での制御信号の変更を行う（Ｓ１６）。

【0067】

コンバータユニット１１は、ＭＰＵ２１からの制御信号に基づいて、電力変換を行う。

【0068】

ＭＰＵ２２は、運転情報に基づいて、コンバータユニット１２の複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４に対する制御信号を生成して、複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４に出力する。

【0069】

例えば、ＭＰＵ２２は、図５に示すような処理フローによってスレーブ制御を行う。図５は、スレーブ側のＭＰＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0070】

ＭＰＵ２２は、マスタ側のＭＰＵ２１から、運転情報を受信する（Ｓ５１）。ＭＰＵ２２は、スレーブ側のコンバータユニット１２での運転が必要であり、コンバータユニット１２の各電力変換回路が運転中でなければ（Ｓ５２：ＮＯ）、運転対象の電力変換回路への制御信号の生成、出力を開始する（Ｓ５３）。

【0071】

ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の各電力変換回路が運転中であり（Ｓ５２：ＹＥＳ）、スレーブの運転停止でなければ（Ｓ５４：ＮＯ）、コンバータユニット１２内での制御信号の変更を行う（Ｓ５５）。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の各電力変換回路が運転中であり（Ｓ５２：ＹＥＳ）、スレーブの運転停止であれば（Ｓ５４：ＹＥＳ）、コンバータユニット１２の複数の電力変換回路３２１、３２２、３２３、３２４への制御信号の出力を停止する（Ｓ５６）。

【0072】

コンバータユニット１２は、ＭＰＵ２２からの制御信号に基づいて、電力変換を行う。

【0073】

このように、コンバータユニット１１のみを動作させるときは、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１のみを動作させる。一方、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とを動作させるときは、ＭＰＵ２１とＭＰＵ２２とは同期して、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とを並行して動作させる。

【0074】

これにより、電源システム装置１０は、負荷の状態に応じた運転対象の電力変換回路の個数変更に、容易に対応できる。したがって、電源システム装置１０は、負荷の状態に応じた適切な共通出力電圧Ｖｏｕｔを、負荷に供給できる。

【0075】

さらに、コンバータユニット１１のみを動作させるときは、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１をマルチフェーズコンバータとして動作させる。一方、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とを動作させるときは、ＭＰＵ２１とＭＰＵ２２とは同期して、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とを一体として、マルチフェーズコンバータとして動作させる。すなわち、ＭＰＵ２１およびＭＰＵ２２は、運転数に応じて、運転対象の電力変換回路に出力する制御信号の発振信号の位相を制御する。

【0076】

（位相制御の第１態様）
図６は、位相制御の第１態様の一例を示す表である。図７は、運転数の切り替えの概念を説明するための、出力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。なお、図７は、運転数が８よりも多い場合も含むグラフである。運転数が８よりも多く必要な場合は、上述のスレーブのコンバータユニットを増やすことによって対応可能である。

【0077】

図６に示す位相制御では、図７に示すように、マスタ側のコンバータユニットで対応可能な出力電流Ｉｏｕｔの範囲は、マスタ側のコンバータユニットを用い、マスタ側のコンバータユニットのみで対応不可能な出力電流Ｉｏｕｔの範囲では、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとを用いる。なお、以下では、上述の説明のように、コンバータユニット１１をマスタとして、コンバータユニット１２をスレーブとする場合を説明する。なお、図６では、運転数ｎ＝１、２、４、５、８の場合を示すが、他の運転数であっても、同様の概念で、位相制御を行う。

【0078】

図６に示すように、運転数ｎ＝１では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の１つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。

【0079】

運転数ｎ＝２では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の２つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。この際、ＭＰＵ２１は、２つの電力変換回路の一方に対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、他方に対して、θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0080】

運転数ｎ＝４では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の３つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。この際、ＭＰＵ２１は、３つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝９０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝２７０°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0081】

運転数ｎ＝５では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１とともにコンバータユニット１２も動作させることを判断し、スレーブ側のＭＰＵ２２に、この運転情報を送信する。スレーブ側のＭＰＵ２２は、この運転情報を受信する。

【0082】

マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。スレーブ側のＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の１つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。

【0083】

この際、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝７２°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝１４４°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝２１６°の制御信号（発振信号）を出力する。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝２８８°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0084】

運転数ｎ＝８では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１とともにコンバータユニット１２も動作させることを判断し、スレーブ側のＭＰＵ２２に、この運転情報を送信する。スレーブ側のＭＰＵ２２は、この運転情報を受信する。

【0085】

マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。スレーブ側のＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の４つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。

【0086】

この際、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝４５°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝９０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝１３５°の制御信号（発振信号）を出力する。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の４つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝２２５°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝２７０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝３１５°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0087】

このように、コンバータユニット１１のみ、または、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とが同期して、マルチフェーズ制御される。これにより、電源システム装置１０は、共通出力電圧Ｖｏｕｔのリップル電圧を小さくできる。

【0088】

また、この第１態様の位相制御では、マスタ側のコンバータユニットのみで対応な出力電流Ｉｏｕｔの範囲では、マスタ側のコンバータユニットを動作させる。したがって、スレーブ側のコンバータユニットの不要な動作を抑制でき、スレーブ側のコンバータユニットでの不要な電力損失を抑制できる。

【0089】

また、この構成では、１つのＭＰＵで生成して出力する制御信号の数を、少なくできる。したがって、ＭＰＵの構成処理が簡素化できる。そして、このような簡素化されたＭＰＵを用いても、上述のような多様な制御態様を、容易に且つ確実に実現できる。この際、ＭＰＵがプログラマブルなデジタル電子回路であることによって、上述の制御を、アナログ回路を用いるよりも、容易に実現できる。

【0090】

（位相制御の第２態様）
図８は、位相制御の第２態様の一例を示す表である。

【0091】

図８に示す位相制御では、運転数ｎ＝２以上において、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとを用いる。なお、以下では、上述の説明のように、コンバータユニット１１をマスタとして、コンバータユニット１２をスレーブとする場合を説明する。なお、図６では、運転数ｎ＝１、２、４、８の場合を示すが、他の運転数であっても、同様の概念で、位相制御を行う。

【0092】

図８に示すように、運転数ｎ＝１では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の１つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。

【0093】

運転数ｎ＝２以上では、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１とともにコンバータユニット１２も動作させることを判断し、スレーブ側のＭＰＵ２２に、この運転情報を送信する。スレーブ側のＭＰＵ２２は、この運転情報を受信する。

【0094】

運転数ｎ＝２では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の１つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。マスタ側のＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の１つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。この際、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力する。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の１つの電力変換回路に対して、θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0095】

運転数ｎ＝４では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の２つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。マスタ側のＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の２つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。この際、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、コンバータユニット１１の他の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力する。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝９０°の制御信号（発振信号）を出力し、コンバータユニット１２の他の１つの電力変換回路に対して、位相θ＝２７０°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0096】

運転数ｎ＝８では、マスタ側のＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、これらの電力変換回路を動作させる。スレーブ側のＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の４つの電力変換回路に対して、制御信号を出力し、この電力変換回路を動作させる。

【0097】

この際、ＭＰＵ２１は、コンバータユニット１１の４つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝０°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝９０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝１８０°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝２７０°の制御信号（発振信号）を出力する。ＭＰＵ２２は、コンバータユニット１２の４つの電力変換回路の１つに対して、位相θ＝４５°の制御信号（発振信号）を出力し、別の１つに対して、θ＝１３５°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝２２５°の制御信号（発振信号）を出力し、また別の１つに対して、θ＝３１５°の制御信号（発振信号）を出力する。

【0098】

このように、コンバータユニット１１のみ、または、コンバータユニット１１とコンバータユニット１２とが同期して、マルチフェーズ制御される。これにより、電源システム装置１０は、共通出力電圧Ｖｏｕｔのリップル電圧を小さくできる。

【0099】

また、第２態様の位相制御では、ｎ＝２以上で、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとを同期して動作させる。したがって、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとで、電力損失を平均化して分散できる。

【0100】

また、第２態様の位相制御では、１つのＭＰＵが出力する複数の制御信号の位相差を大きくできる。これにより、より確実に所望の位相差を有する複数の制御信号を出力できる。したがって、リップル電圧の低減を、より確実且つ高精度に実現できる。また、この制御によって、ノイズや発熱を時間的に分散できる。

【0101】

また、この構成では、第１態様と同様に、１つのＭＰＵで生成して出力する制御信号の数を、少なくできる。したがって、ＭＰＵの構成処理が簡素化できる。そして、このような簡素化されたＭＰＵを用いても、上述のような多様な制御態様を、容易に且つ確実に実現できる。この際、ＭＰＵがプログラマブルなデジタル電子回路であることによって、上述の制御を、アナログ回路を用いるよりも、容易に実現できる。

【0102】

また、この構成では、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとが同じ構成である。したがって、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとで部品の共通化を実現でき、低コスト化、設計期間の短縮等を実現可能な実用化に優れた電源システム装置を構築できる。

【0103】

なお、上述の第１態様および第２態様の位相制御は、一例であり、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとで、同期して、少なくとも一部の制御信号の位相を異ならせていれば、他の位相制御を行ってもよい。さらに、全ての制御信号の位相を異ならせることによって、電源システム装置１０を擬似的に高周波動作させることができ、電力損失をさらに平均化して分散できる。

【0104】

また、上述の説明では、運転数信号Ｓｏｐに応じた制御の変更を行う態様（動的な制御の変更）を示した。しかしながら、上述のマスタスレーブの構成および制御は、負荷に対する電力仕様の増減（静的な制御の変更）に対しても適用できる。

【0105】

この場合、図７に示すような特性を予め求めておき、電源システム装置１０として必要な運転数ｎを算出する。そして、運転数ｎに応じて、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットの使用態様、すなわち、コンバータユニットだけでよいか、マスタ側のコンバータユニットとスレーブ側のコンバータユニットとを必要とするかを設定する。そして、設定した使用態様に応じて、位相制御を設定する。このような場合でも、安定した高精度な出力特性と高い電力変換効率を達成できる。

【0106】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）は、本発明の実施形態を用いた場合の出力電流に対する出力電圧および電力変換効率を示すグラフである。図９（Ａ）は、出力電流が１００Ａに対応する構成における出力電圧特性を示し、図９（Ｂ）は、出力電流が１００Ａに対応する構成における電力変換効率を示す。図９（Ｃ）は、出力電流が５０Ａに対応する構成における出力電圧特性を示し、図９（Ｄ）は、出力電流が５０Ａに対応する構成における電力変換効率を示す。

【0107】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）に示すように、出力電流が１００Ａに対応する構成であっても、５０Ａに対応する構成であっても、安定した高精度な出力特性と高い電力変換効率を達成できる。

【0108】

特に、この構成を用いることによって、図９（Ａ）、図９（Ｃ）に示すように、出力電圧が約１．８Ｖという低電圧であっても、安定した高精度な出力特性と高い電力変換効率を達成できる。

【0109】

（電力変換回路の構成（アナログ電子回路の部分の構成））
上述の特性をより効果的に実現するため、特に、低電圧での安定性をより効果的に実現するため、電力変換回路は、例えば、次に示す構成を備える。なお、電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４、３２１、３２２、３２３、３２４は、同じ回路構成であるので、以下では、電力変換回路３１１を例に説明する。

【0110】

図１０は、第１の実施形態に係る電力変換回路の等価回路図である。図１０に示すように、電力変換回路３１１は、駆動部４１、スイッチング素子Ｑ１１、スイッチング素子Ｑ１２、インダクタＬ１、出力コンデンサＣｏ１、抵抗ＲＬ１、コンデンサＣＬ１、および、帰還信号生成部５１を備える。帰還信号生成部５１は、端子５１１、端子５１２、端子５１３、および、端子５１４を備える。端子５１１、端子５１２、端子５１３、および、端子５１４は、物理的な端子構造を有していてもよいが、機能的には、他の回路素子等への接続部である。スイッチング素子Ｑ１１およびスイッチング素子Ｑ１２からなる回路は、本発明の「スイッチング回路」に対応する。

【0111】

駆動部４１は、共通入力端子Ｐｉｎに接続しており、共通入力端子Ｐｉｎを通じて電源供給されている。駆動部４１は、アナログ回路によって形成されている。また、駆動部４１、および、帰還信号生成部５１によって、個別アナログ制御部が形成される。個別アナログ制御部とスイッチング回路とは、例えば、一体化して集積されたＦＥＴ内蔵ＰＷＭ制御ＩＣによって形成される。

【0112】

駆動部４１には、ＭＰＵ２１から上述の位相制御された制御信号が入力されている。駆動部４１には、電圧帰還信号と電流帰還信号とが合成された帰還信号が、帰還信号生成部５１から入力されている。すなわち、図８の二点鎖線に示すような個別電圧帰還制御ループｖＦＢを介して個別電圧帰還信号が駆動部４１にフィードバックされ、図８の点線に示すような個別電流帰還制御ループｉＦＢを介して個別電流帰還信号が駆動部４１にフィードバックされる。なお、これら個別電圧帰還制御ループｖＦＢおよび個別電流帰還制御ループｉＦＢに関する説明は、後述の帰還信号生成部５１の箇所において行う。

【0113】

駆動部４１は、制御信号と帰還信号とから、スイッチング素子Ｑ１１およびスイッチング素子Ｑ１２に対して、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御を用いたスイッチング制御信号を生成する。そして、駆動部４１は、アナログ電子回路によって構成されているので、帰還信号の電圧に応じたＰＷＭ制御信号を高速で出力できる。

【0114】

スイッチング素子Ｑ１２のゲートは、駆動部４１に接続されており、ドレインは、共通入力端子Ｐｉｎに接続されており、ソースは、スイッチング素子Ｑ１１のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のゲートは、駆動部４１に接続されており、ソースは、グランド基準電位に接続されている。

【0115】

スイッチング素子Ｑ１２のゲートには、駆動部４１から、スイッチング素子Ｑ１２用のＰＷＭ制御信号が入力されている。スイッチング素子Ｑ１１のゲートには、駆動部４１から、スイッチング素子Ｑ１１用のスイッチング制御信号が入力されている。

【0116】

インダクタＬ１の一方端は、スイッチング素子Ｑ１２のソースとスイッチング素子Ｑ１１のドレインとの接続点に接続されている。

【0117】

インダクタＬ１の他方端は、共通出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。インダクタＬ１の他方端は、出力コンデンサＣｏ１を通してグランド基準電位に接続されている。

【0118】

抵抗ＲＬ１とコンデンサＣＬ１との直列回路は、インダクタＬ１に並列接続されている。この回路が、本発明の「インダクタ電流検出回路」に対応する。抵抗ＲＬ１が、本発明の「検出用抵抗」に対応し、コンデンサＣＬ１が、本発明の「検出用コンデンサ」に対応する。抵抗ＲＬ１とコンデンサＣＬ１との接続点は、帰還信号生成部５１の端子５１２に接続されている。すなわち、インダクタＬ１に対するインダクタ電流検出回路は、コンデンサＣＬ１の両端電圧を、インダクタＬ１のインダクタ電流ｉＬ１の検出信号として、帰還信号生成部５１に出力できる。

【0119】

この際、インダクタ電流検出回路は、インダクタＬ１のインダクタンス、インダクタＬ１の等価直列抵抗Ｒｓ１の抵抗値、抵抗ＲＬ１の抵抗値、および、コンデンサＣＬ１のキャパシタンスを特定の関係にすることで、インダクタＬ１に流れるインダクタ電流ｉＬ１を、無損失で検出できる。

【0120】

具体的には、Ｒｓ１／Ｌ１＝１／（ＣＬ１・Ｒ１Ｌ）の関係を用いる。すなわち、インダクタＬ１のインダクタンス、インダクタＬ１の等価直列抵抗Ｒｓ１の抵抗値に対して、コンデンサＣＬ１のキャパシタンス、および、抵抗ＲＬ１の抵抗値（コンデンサＣＬ１と抵抗ＲＬ１からなるＣＲ回路の時定数（ＣＲ時定数））を、上式を満たすように設定する。これにより、時間的に変化するインダクタ電流ｉＬ１（ｔ）を無損失で検出できる。

【0121】

（帰還信号生成部５１の構成）
図１１は、本実施形態に係る帰還信号生成部の一例を示す等価回路図である。図１０、図１１に示すように、帰還信号生成部５１は、端子５１１、端子５１２、端子５１３、端子５１４を備える。端子５１１は、共通出力端子Ｐｏｕｔ、言い換えれば、電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４の出力端の並列接続部に接続されている。端子５１２は、抵抗ＲＬ１とコンデンサＣＬ１との接続点に接続されている。端子５１３は、駆動部４１に接続されている。

【0122】

端子５１４は、他の電力変換回路３１２、３１３、３１４の帰還信号生成部における端子５１４と同じ端子と並列に接続されている。すなわち、電力変換回路３１１の帰還信号生成部５１の端子５１４、および、他の電力変換回路３１２、３１３、３１４の帰還信号生成部における端子５１４と同じ端子は、共通ノードに接続されている。共通ノードは、運転数信号Ｓｏｐの出力部であり、分圧回路６０と通じてＭＰＵ２０に接続されている。

【0123】

帰還信号生成部５１は、アナログ回路によって構成されており、共通出力電圧Ｖｏｕｔ、インダクタＬ１のインダクタ電流ｉＬ１、共通ノードの電圧（共通バス信号（運転数信号）の電圧）に基づいて、駆動部４１への帰還信号を生成する。

【0124】

帰還信号生成部５１は、個別電流信号生成部５５１、共通信号生成部５５２、個別帰還信号生成部５５３、および、電圧調整回路５５４を備える。

【0125】

個別電流信号生成部５５１は、増幅器Ｕ５１、抵抗Ｒ５１、抵抗Ｒ５２、抵抗Ｒ５３、および、抵抗Ｒ５４を備える。

【0126】

増幅器Ｕ５１の反転入力端子は、抵抗Ｒ５１を通じて、端子５１１に接続されている。増幅器Ｕ５１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５２を通じて、端子５１２に接続されている。抵抗Ｒ５１の抵抗値と抵抗Ｒ５２の抵抗値とは同じである。抵抗Ｒ５３は、非反転入力端子とグランド基準電位との間に接続されている。増幅器Ｕ５１の出力端子は、抵抗Ｒ５４を通じて、増幅器Ｕ５１の反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ５３の抵抗値と抵抗Ｒ５４の抵抗値とは同じである。増幅器Ｕ５１には、駆動電源ＶＤＤが供給されている。この回路構成によって、個別電流信号生成部５５１は、差動増幅回路を実現する。

【0127】

端子５１１は、共通出力端子Ｐｏｕｔに接続されており、端子５１２は、コンデンサＣＬ１と抵抗ＲＬ１との接続点に接続されている。これにより、増幅器Ｕ５１の非反転入力端子と反転入力端子との間には、インダクタ電流ｉＬ１に対応した電位差が生じる。そして、増幅器Ｕ５１の出力端子、すなわち、個別電流信号生成部５５１の出力端子からは、インダクタ電流ｉＬ１に基づく信号が所定の増幅率で増幅されて、個別電流信号として出力されている。

【0128】

共通信号生成部５５２は、増幅器Ｕ５２、および、ダイオードＤ５２を備える。増幅器Ｕ５２の非反転入力端子は、増幅器Ｕ５１の出力端子に接続されている。増幅器Ｕ５２の出力端子は、ダイオードＤ５２を通じて、増幅器Ｕ５２の反転入力端子に接続されている。この際、ダイオードＤ５２のアノードは、出力端子に接続され、ダイオードＤ５２のカソードは、反転入力端子に接続されている。反転入力端子は、端子５１４、すなわち、共通ノードに接続されている。増幅器Ｕ５２には、駆動電源ＶＤＤが供給されている。

【0129】

この回路構成によって、共通信号生成部５５２は、複数の電力変換回路３１１、３１２、３１３、３１４に対する、個別電流信号の最大値保持回路を実現する。この個別電流信号の最大値からなる信号が、運転数信号Ｓｏｐであり、本発明の「共通バス信号」に対応する。

【0130】

個別帰還信号生成部５５３は、増幅器Ｕ５３、増幅器Ｕ５４、トランジスタＴｒ５５、抵抗Ｒ５５、抵抗Ｒ５６、抵抗Ｒ５７、抵抗Ｒ５８、抵抗Ｒ５５１、および、抵抗Ｒ５５２を備える。

【0131】

増幅器Ｕ５３の反転入力端子は、抵抗Ｒ５５を通じて、増幅器Ｕ５１の出力端子に接続されている。増幅器Ｕ５３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ５６を通じて、ダイオードＤ５２のカソード、および、端子５１４に接続されている。抵抗Ｒ５５の抵抗値と抵抗Ｒ５６の抵抗値とは同じである。抵抗Ｒ５７は、増幅器Ｕ５３の非反転入力端子とグランド基準電位との間に接続されている。増幅器Ｕ５３の出力端子は、抵抗Ｒ５８を通じて、増幅器Ｕ５３の反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ５７の抵抗値と抵抗Ｒ５８の抵抗値とは同じである。増幅器Ｕ５３には、駆動電源ＶＤＤが供給されている。

【0132】

増幅器Ｕ５４の非反転入力端子は、増幅器Ｕ５３の出力端子に接続されている。増幅器Ｕ５４の出力端子は、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ５５のベースに接続されている。トランジスタＴｒ５５のコレクタは、抵抗Ｒ５５１を通じて、端子５１１に接続されている。トランジスタＴｒ５５のエミッタは、抵抗Ｒ５５２を通じてグランド基準電位に接続されている。また、トランジスタＴｒ５５のエミッタは、増幅器Ｕ５４の反転入力端子に接続されている。

【0133】

増幅器Ｕ５３の反転入力端子には、個別電流信号が入力され、非反転入力端子には、共通バス信号が入力されている。これにより、増幅器Ｕ５１の非反転入力端子と反転入力端子との間には、共通バス信号と個別電流信号との電位差が生じる。そして、増幅器Ｕ５３の出力端子からは、共通バス信号と個別電流信号との電位差に基づく信号が所定の増幅率で増幅されて、増幅器Ｕ５４に出力されている。

【0134】

増幅器Ｕ５４、トランジスタＴｒ５５、および、抵抗Ｒ５５２からなる回路によって、電圧－電流変換回路が実現されている。具体的には、この回路では、増幅器Ｕ５４の非反転入力端子に差分信号（差分電圧）が印加されていると、トランジスタＴｒ５５のコレクタ－エミッタ間には、差分信号（差分電流Ｉａｄｊ）が流れる。この差分電流が、個別電流帰還信号に相当する。

【0135】

差分電流Ｉａｄｊが流れることによって、抵抗Ｒ５５１と抵抗Ｒ１１との接続点（トランジスタＴｒ５５のコレクタ）の電圧は、Ｖｏｕｔ－（Ｒｒ５５１×Ｉａｄｊ）となる。Ｒｒ５５１は、抵抗Ｒ５５１の抵抗値である。

【0136】

ここで、共通出力電圧Ｖｏｕｔは、個別電圧帰還信号と同じである。したがって、個別帰還信号生成部５５３は、個別電流帰還信号と個別電圧帰還信号とを合成した帰還信号を生成でき、出力できる。

【0137】

電圧調整回路５５４は、いわゆる分圧回路であり、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との直列回路を備える。抵抗Ｒ１１は、個別帰還信号生成部５５３のトランジスタＴｒ５５のコレクタと抵抗Ｒ５５１との接続点に接続されている。抵抗Ｒ１２は、グランド基準電位に接続されている。抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点は、端子５１３に接続されている。端子５１３が、帰還信号生成部５１における帰還信号の出力端子である。

【0138】

これにより、電圧調整回路５５４は、個別帰還信号生成部５５３から出力された帰還信号の電圧を、駆動部４１が対応可能な電圧に変換して、端子５１３に出力する。

【0139】

端子５１３に出力された帰還信号は、駆動部４１にフィードバックされる。これにより、上述の駆動部４１の説明に示すような個別電圧帰還制御ループｖＦＢ（図１０の二点鎖線）および個別電流帰還制御ループｉＦＢ（図１０の点線）が実現される。

【0140】

駆動部４１は、この帰還信号を用いて、上述のようなＰＷＭ制御を実行する。

【0141】

これにより、負荷の急激な変動が生じても、負荷の変動に応じて共通出力電圧Ｖｏｕｔを高速で応答させる。すなわち、負荷の変動に応じて共通出力電圧Ｖｏｕｔが変動すると、これが帰還信号に含まれる個別電圧帰還信号に反映される。駆動部４１は、この個別電圧帰還信号の変化を用いて、共通出力電圧Ｖｏｕｔを安定させるように、ＰＷＭ制御を実行する。

【0142】

したがって、電力変換回路３１１、および、これに並列接続される複数の電力変換回路３１２、３１３、３１４は、共通出力電圧Ｖｏｕｔの急激な変動に対して、高速に応答し、共通出力電圧Ｖｏｕｔを安定化させることができる。さらに、各個別アナログ制御部は、アナログ電子回路によって構成されているので、より高速な応答、共通出力電圧Ｖｏｕｔの安定化を実現できる。

【0143】

なお、この個別電圧帰還信号の制御は、その時点で共通出力電圧Ｖｏｕｔに対する寄与が大きな電力変換回路による制御が実質的に作用する。例えば、電力変換回路３１１が共通出力電圧Ｖｏｕｔを実質的に出力している期間では、電力変換回路３１１によってこの共通出力電圧Ｖｏｕｔを安定させるＰＷＭ制御が実質的に作用する。また、電力変換回路３１２が共通出力電圧Ｖｏｕｔを実質的に出力している期間では、電力変換回路３１２によって、この共通出力電圧Ｖｏｕｔを安定させるＰＷＭ制御が実質的に作用する。

【0144】

したがって、本願のような個別電流帰還信号を用いたフィードバック制御を行わなければ、特定の電力変換回路の電力損失が大きくなってしまい、電源システム装置１０としての電力効率を向上することができない。

【0145】

しかしながら、本願のような個別電流帰還信号を用いたフィードバック制御を行うことで、並列接続される複数の電力変換回路のインダクタ電流を平均化できる。これにより、複数の電力変換回路の電力損失を平均化できる。

【0146】

この結果、電源システム装置１０は、マスタスレーブ制御を用いたマルチフェーズ制御による作用効果を実現しながら、さらに電力効率を向上し、電力損失によって発生する発熱を分散し、信頼性を向上できる。そして、この際、個別アナログ制御部がアナログ電子回路によって構成されているので、電源システム装置１０は、この電力損失の平均化の制御を高速に実現できる。

【0147】

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る電源システム装置について、図を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態に電源システム装置の帰還信号生成部の等価回路図である。

【0148】

図１２に示すように、第２の実施形態に係る電源システム装置の帰還信号生成部５１Ｒは、第１の実施形態に係る電源システム装置１０の帰還信号生成部５１に対して、共通信号生成部５３Ｒを用いる点で異なる。帰還信号生成部５１Ｒの他の構成は、帰還信号生成部５１と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0149】

共通信号生成部５３Ｒは、抵抗Ｒ６０を備える。抵抗Ｒ６０は、増幅器Ｕ５２の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。この構成によって、増幅器Ｕ５２と抵抗Ｒ６０とを備える平均値算出回路が実現される。

【0150】

共通信号生成部５３Ｒは、この平均値信号を共通バス信号とする。このように、共通バス信号に平均値信号を用いても、上述の最大値信号と同様の処理を実現することが可能である。

【0151】

なお、上述の各実施形態において、動作対象の電力変換回路の選択方法としては、回路基板上での複数の電力変換回路の配置パターンを考慮してもよい。例えば、電力変換回路間の距離が遠いもの同士を順に選択する。これにより、回路基板上の発熱を分散でき、電源システム装置の信頼性を向上できる。

【0152】

また、上述の実施形態では、１つのコンバータユニットに備えられた電力変換回路の個数は、４個とした。しかしながら、１つのコンバータユニットに備えられる電力変換回路の個数は、複数であればよい。

【符号の説明】

【0153】

１０、１０Ｕ４：電源システム装置
１１、１２、１３、１４：コンバータユニット
２１、２２：ＭＰＵ
４１：駆動部
５１、５１Ｒ：帰還信号生成部
５３Ｒ：共通信号生成部
６０：分圧回路
３１１、３１２、３１３、３１４、３２１、３２２、３２３、３２４：電力変換回路
５１１、５１２、５１３、５１４：端子
５５１：個別電流信号生成部
５５２：共通信号生成部
５５３：個別帰還信号生成部
５５４：電圧調整回路
Ｃｉ１１、Ｃｉ１２、Ｃｉ１３、Ｃｉ１４、Ｃｉ２１、Ｃｉ２２、Ｃｉ２３、Ｃｉ２４：入力コンデンサ
ＣＬ１：コンデンサ
Ｃｏ１：出力コンデンサ
Ｄ５２：ダイオード
Ｌ１：インダクタ
ｎ：運転数
Ｐｉｎ：共通入力端子
Ｐｏｕｔ：共通出力端子
Ｑ１１、Ｑ１２：スイッチング素子
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ５５、Ｒ５５１、Ｒ５５２、Ｒ５６、Ｒ５７、Ｒ５８、Ｒ６０、Ｒ６１、Ｒ６２：抵抗
ＲＬ１：抵抗
Ｒｏ：負荷
Ｒｓ１：等価直列抵抗
Ｓｏｐ：運転数信号
Ｔｒ５５：トランジスタ
Ｕ５１、Ｕ５２、Ｕ５３、Ｕ５４：増幅器
ＶＤＤ：駆動電源
ｉＦＢ：個別電流帰還制御ループ
ｖＦＢ：個別電圧帰還制御ループ
Ｖｉｎ：共通入力電圧
Ｖｏｕｔ：共通出力電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】