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スイッチング電源装置および該装置で使用されるパルス幅変調回路 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150012338
整理番号 OU-0210
掲載日 2015年10月8日
出願番号 特願2012-159236
公開番号 特開2013-169133
登録番号 特許第5875073号
出願日 平成24年7月18日(2012.7.18)
公開日 平成25年8月29日(2013.8.29)
登録日 平成28年1月29日(2016.1.29)
優先権データ
  • 特願2012-009979 (2012.1.20) JP
発明者
  • 佐藤 輝被
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 スイッチング電源装置および該装置で使用されるパルス幅変調回路 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】クロック信号に同期して安定的に動作可能なスイッチング電源装置およびパルス幅変調回路を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置1Aおよびパルス幅変調回路3Aは、積分電圧Vが上昇して上方閾値電圧以上になると方形波電圧VPWMをLレベルに切り替え、電圧Vが下降して下方閾値電圧以下になると電圧VPWMをHレベルに切り替える方形波電圧出力手段8Aと、180°の位相差を有する第1クロック信号VCL1および第2クロック信号VCL2を出力するクロック手段6Aとを備える。方形波電圧出力手段8Aは、(1)電圧Vの下降中にクロック信号VCL1が変化すると、電圧Vが下方閾値電圧に達していなくても電圧VPWMをHレベルに切り替え、(2)電圧Vの上昇中にクロック信号VCL2が変化すると、電圧Vが上方閾値電圧に達していなくても電圧VPWMをLレベルに切り替える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、互いに位相をずらして駆動される複数のスイッチング電源装置を並列接続してなるマルチフェーズ方式の電源装置が広く用いられるようになってきている。この方式の電源装置は、相の数、すなわち使用するスイッチングコンバータの数に比例した大電流を出力することができるという利点がある。



マルチフェーズ方式の電源装置に使用されるスイッチング電源装置としては、例えば、図11に示すスイッチング電源装置100が知られている(例えば、非特許文献1参照)。同図に示すように、スイッチング電源装置100は、直流電源30から出力される入力電圧Vを降圧型DC-DCコンバータからなるコンバータ部2で降圧し、予め設定された目標電圧Vに等しい出力電圧vを負荷31に出力するもので、上記コンバータ部2の他、コンバータ部2を構成するスイッチング素子を駆動するための方形波電圧VPWMを生成するパルス幅変調回路101を備えている。



パルス幅変調回路101は、出力電圧vおよび目標電圧Vの誤差電圧vを出力するエラーアンプ部102と、第1抵抗15を介して正入力端子に誤差電圧vが入力され、出力端子から出力される方形波電圧VPWMを積分してなる積分電圧vが負入力端子に入力され、かつ出力端子および正入力端子が第2抵抗17を介して接続されたコンパレータ16を有するコンパレータ部103と、クロック信号VCLをコンパレータ16の正入力端子に印加するクロック部104とを有している。



図12(A)および図12(B)に示すように、スイッチング電源装置100では、正入力端子の電圧vが積分電圧vよりも低いときにクロック信号VCLが変化することで正入力端子の電圧vが強制的にHレベルに引き上げられる。つまり、このスイッチング電源装置100では、クロック信号VCLに同期して方形波電圧VPWMが変化する。



一般に、自励で動作するスイッチング電源装置は、負荷の変動に伴って動作周波数が変動するので、複数のスイッチング電源装置を並列接続してマルチフェーズ化したときに各相の同期をとるのが難しいという問題がある。この点、上記スイッチング電源装置100によれば、並列接続された各相のスイッチング電源装置100に同じクロック信号VCLを入力することで、上記の問題を解決することができる。

産業上の利用分野


本発明は、主にマルチフェーズ方式の電源装置で使用されるスイッチング電源装置、および該スイッチング電源装置においてコンバータ部を制御するために使用されるパルス幅変調回路に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
コンバータ部を構成するスイッチング素子を駆動するためのLレベルとHレベルの2つの状態を持った方形波電圧を生成するパルス幅変調回路であって、
前記方形波電圧を積分してなる積分電圧が上昇して上方閾値電圧以上になると前記方形波電圧をLレベルに切り替え、前記積分電圧が下降して下方閾値電圧以下になると前記方形波電圧をHレベルに切り替える方形波電圧出力手段と、
互いに180°の位相差を有する第1クロック信号および第2クロック信号を前記方形波電圧出力手段に向けて出力するクロック手段と、
を備え、
前記方形波電圧出力手段は、(1)前記積分電圧が下降している最中に前記第1クロック信号が変化すると、前記積分電圧が前記下方閾値電圧に達していなくても前記方形波電圧をHレベルに切り替え、(2)前記積分電圧が上昇している最中に前記第2クロック信号が変化すると、前記積分電圧が前記上方閾値電圧に達していなくても前記方形波電圧をLレベルに切り替えることを特徴とするパルス幅変調回路。

【請求項2】
前記方形波電圧出力手段が、
予め設定された目標電圧および前記コンバータ部の出力電圧の誤差電圧を出力するエラーアンプ部と、
第1抵抗を介して正入力端子に前記誤差電圧が入力され、出力端子から出力される前記方形波電圧を積分してなる積分電圧が負入力端子に入力され、かつ前記出力端子および前記正入力端子が第2抵抗を介して接続されたコンパレータを有するコンパレータ部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のパルス幅変調回路。

【請求項3】
前記クロック手段が、
アノードに前記第1クロック信号が印加され、かつ前記第1抵抗が介装されたラインにカソードが接続された第1ダイオードと、
カソードに前記第2クロック信号が印加され、かつ前記第1抵抗が介装されたラインにアノードが接続された第2ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のパルス幅変調回路。

【請求項4】
前記クロック手段が、
アノードに前記第1クロック信号が印加され、かつ前記第2抵抗が介装されたラインにカソードが接続された第1ダイオードと、
カソードに前記第2クロック信号が印加され、かつ前記第2抵抗が介装されたラインにアノードが接続された第2ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のパルス幅変調回路。

【請求項5】
前記方形波電圧出力手段が、
予め設定された目標電圧および前記コンバータ部の出力電圧の誤差電圧を出力するエラーアンプ部と、
前記方形波電圧を出力する論理回路部と、
前記論理回路部の入力に出力端子が接続され、第3抵抗を介して正入力端子に前記誤差電圧が入力され、前記方形波電圧を積分してなる積分電圧が負入力端子に入力され、かつ第4抵抗を介して前記正入力端子に前記方形波電圧が入力されるコンパレータを有するコンパレータ部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のパルス幅変調回路。

【請求項6】
前記論理回路部が、2入力型の第1論理演算部および第2論理演算部を含み、
前記第1論理演算部に、前記コンパレータ部の出力と、前記第1クロック信号および前記第2クロック信号のうちの一方とが入力され、
前記第2論理演算部に、前記第1論理演算部の出力と、前記第1クロック信号および前記第2クロック信号のうちの他方とが入力され、
前記第2論理演算部から前記方形波電圧が出力されることを特徴とする請求項5に記載のパルス幅変調回路。

【請求項7】
請求項1に記載のパルス幅変調回路から出力される方形波電圧によってコンバータ部を構成するスイッチング素子が駆動されることを特徴とするスイッチング電源装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012159236thum.jpg
出願権利状態 登録
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