JP2017169417A

JP2017169417A - ダイオード整流型スイッチング電源装置、車載装置、及びリンギング抑制方法

Info

Publication number: JP2017169417A
Application number: JP2016055097A
Authority: JP
Inventors: 孝典松島; Takanori Matsushima
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21

Abstract

【課題】低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることのできる「ダイオード整流型スイッチング電源装置」を提供することである。
【解決手段】スイッチング素子ＳＷ_１、ダイオードＤ_１、インダクタＬ_１及びコンデンサＣ_１を電気的に接続して形成されるＤＣ／ＤＣ変換回路（３０）を含み、電源から供給される電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力するダイオード整流型スイッチング電源装置において、負荷電流が設定した閾値以下となる低負荷状態を検出する負荷検出器（３０，３５，３７）と、低負荷状態が検出されると前記閾値を上回る負荷状態のときよりもスイッチング周波数を高周波に設定したスイッチング信号を生成して前記スイッチング素子に入力するスイッチング信号生成器（３６）と、を含むスイッチング制御部（３２）を備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源から供給される電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力するダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法に関する。

電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力する電源装置として、スイッチング電源装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。スイッチング電源装置には同期型と非同期型があり、さらに非同期型のスイッチング電源装置として、ダイオード整流型スイッチング電源装置がある。ダイオード整流型スイッチング電源装置は、電源から供給される直流電力をスイッチング素子の周期的なＯＮ−ＯＦＦ動作によって交流電力に変換し、さらにダイオード、インダクタ、コンデンサの素子によって整流及び平滑化して直流電力に変換して出力する。ダイオード整流型スイッチング電源装置は、同期型と比べて回路構成及び制御が簡単で、且つ、安価であるという長所がある。

特開２００２−１２５３６２号公報特開２００４−３２８８３４号公報

スイッチング電源装置は、負荷が下がると、スイッチ部のリップル電流が０（ゼロ）ｍＡを下回る区間が周期的に表れる。しかしながら、ダイオード整流型の場合、同期型と違ってダイオードの順方向にしか電流が流れないため、図７に模式的に示すように、リップル電流が０（ゼロ）ｍＡを下回る区間では、実質、電流が流れない。そのため、同図に模式的に示すように、スイッチング素子に入力されるスイッチング信号（所謂、短矩形状のスイッチング波形）にリンギングが発生し易い。リンギングが発生すると、スイッチング周波数とは異なる意図しない周波数が発生し、ビートノイズなどの不具合事象の原因となる。

例えば、ナビゲーション機能等を備えた車載装置は、スマートフォンやＵＳＢメモリ等の外部機器と電源ライン及びデータラインを介して接続可能なように設計されている。スマートフォンの中には約２Ａの電流を必要するものがあり、これに対応可能な高いスペックでスイッチング電源装置を設計している一方で、ＵＳＢメモリの中には約１００ｍＡ程の電流しか必要としないものもある。このような大きな負荷変動によって、リンギングの問題が顕在化し易い。

リンギングの発生を抑える対策としては、インダクタンス値の大きいインダクタに交換すること、或いは抵抗素子を追加して低負荷時の消費電流を増やすことが考えられる。但し、素子の性能増又は素子点数の増加を伴うので、いずれの場合も製品のコスト高を招く。さらには、電源に接続される機器の種類や数が異なれば低負荷時における消費電力も異なるので、そのたびにＤＣ／ＤＣ変換回路のハード構成を見直したのでは製品仕様の共通化（標準化）を図ることができない。

また、特許文献１及び特許文献２には、スイッチング電源装置の低負荷時の制御が開示されているが、ダイオード整流型スイッチング電源装置を対象としたリンギングの問題解決については検討されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることのできるダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法を提供するものである。

さらに、他の目的として、接続される電力消費機器の種類や数のバリエーションに対して、ＤＣ／ＤＣ変換回路のハード構成を変えずにリンギングの発生を抑えることができるダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法を提供するものである。

本発明に係るダイオード整流型スイッチング電源装置は、スイッチング素子、ダイオード、インダクタ及びコンデンサを電気的に接続して形成されるＤＣ／ＤＣ変換回路を含み、電源から供給される電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力するダイオード整流型スイッチング電源装置において、負荷電流が設定した閾値以下となる低負荷状態を検出する負荷検出器と、低負荷状態が検出されると前記閾値を上回る負荷状態のときよりもスイッチング周波数を高周波に設定したスイッチング信号を生成して前記スイッチング素子に入力するスイッチング信号生成器と、を含むスイッチング制御部を備えた構成とすることができる。

このような構成とすることにより、リンギングが発生しない負荷電流下限値を一時的に下げると共に、スイッチ部のリップル電流の上下振幅の幅を小さくする。これにより、負荷電流が小さい低負荷状態においても、スイッチ部のリップル電流に０（ゼロ）ｍＡを下回る周期が表れるのを抑制することができ、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることができる。負荷電流は、好ましくは平均負荷電流を用いることができる。

上記の通り、リンギングの発生を抑えるための素子の変更や追加を行わず、負荷変動に応じてスイッチング周波数を制御することによってリンギングの発生を抑えている。従って、接続される電力消費機器の種類や数のバリエーションに対しても、ＤＣ／ＤＣ変換回路のハード構成を変更することを要さずにリンギングの発生を抑えることが可能である。

また、前記スイッチング制御部は、少なくとも２段階のスイッチング周波数の設定値の情報と、各スイッチング周波数に対応する負荷電流下限値間に設定した前記閾値の情報を有しており、負荷電流が前記閾値以下になると高周波数側の設定値に上げ、前記閾値を上回ると低周波数側の設定値に下げる制御を実行する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、低負荷時におけるリンギングの発生が抑えられると共に、低負荷時以外（通常負荷時や高負荷時）においてはスイッチング損失を小さくした効率の良い出力を行うことができる。なお、スイッチング周波数が高周波になるとスイッチング損失が増加するが、低負荷であるので効率面の影響は小さい。また、２段階の各周波数に対応する負荷電流下限値の間に閾値を設定することにより、スイッチング素子のＯＮとＯＦＦの切り替えによって生じる負荷電流の上下動で閾値を跨いでしまうのを抑え、低負荷状態の誤検出を防ぐことができる。

また、下記の数式３を満たすようにスイッチング周波数を設定する構成とすることができる。好ましくは、周波数変更前のデューティ比を維持し、且つ、下記の数式を満たすスイッチング周波数に設定する。

このような構成とすることにより、出力電圧を変動させることなく、リンギングが発生しない負荷電流下限値を下げることが可能となる。一例として、スイッチング周波数を５倍にすると、リンギングが発生しない負荷電流下限値は１／５になる。その結果、負荷電流が、リンギングが発生しない負荷電流下限値を下回るのを抑えることができる。

また、前記負荷検出器は、負荷電流値を検知する電流検知器を含み、該電流検知器が検知した負荷電流値と前記閾値とを比較して負荷状態を判定し、低負荷状態を検出すると前記スイッチング信号生成器がスイッチング周波数を変更する制御を実行する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、モニタリングしている実電流値に基づくフィードバック制御を実行可能であり、低負荷状態であるか否かを正確に検出してスイッチング周波数を変えることができる。その結果、低負荷時にはスイッチング波形を高周波に変更するという制御を、安定して行うことができる。

また、前記負荷検出器は、当該スイッチング電源装置に接続可能なデバイスの種類とその消費電流値の情報を有しており、デバイスのＯＮ−ＯＦＦ状態或いは接続状態に基づいて総消費電流値を算出し、総消費電流値と前記閾値とを比較して負荷状態を判定し、低負荷状態を検出すると前記スイッチング信号生成器がスイッチング周波数を変える制御を実行する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、スイッチング周波数の変更をフィードフォワード制御によって実行することが可能であり、実際に負荷が下がってからスイッチング周波数が変更されるまでの追従時間を短縮することができる。さらに、低負荷へ移行する過渡期におけるリンギングの発生も抑えることができる。

さらに、本発明に係る車載装置は、電力で作動する複数の車用機器及び／又は外部接続機器と、これら複数の車用機器及び／又は外部接続機器に対してバッテリからの電力をＤＣ／ＤＣ変換して供給する前述のスイッチング電源装置と、を備えた構成とすることができる。

このような構成とすることにより、車用機器や外部接続機器のＯＮ−ＯＦＦ状態或いは接続状態に因って負荷電流が下がっても、詳しくは前述した理由によってスイッチ部のリップル電流が０（ゼロ）ｍＡを下回るのを抑制することができ、リンギングが発生するのを抑えることができる。その結果、ビートノイズなどの不具合事象が発生するのを抑えることができる。

さらに、本発明に係るダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法は、スイッチング素子、ダイオード、インダクタ及びコンデンサを電気的に接続して形成されたＤＣ／ＤＣ変換回路を含むダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法であって、下記の数式４を満たすスイッチング周波数に設定したスイッチング信号を前記スイッチング素子に入力する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、低負荷時においてリンギングが発生するのを抑えることができる。さらに、数式を満たす最大周波数値に設定するようにすれば、スイッチング損失を最小限に抑えることができる。

本発明によれば、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることが可能なダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法を具現化できる。

さらに、接続される電力消費機器の種類や数のバリエーションに対して、ＤＣ／ＤＣ変換回路のハード構成を変えずにリンギングの発生を抑えることができるダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法を具現化できる。

本発明の実施の形態に係る車載装置の全体構成を示すブロック図である。上記車載装置に電力を供給するスイッチング電源装置の回路図である。上記スイッチング電源装置の負荷変動とスイッチング周波数の切替え条件を説明する図である。上記スイッチング電源装置の動作を説明する工程図である。上記スイッチング電源装置の負荷が低負荷状態になったときのスイッチング波形とリップル電流の状態を説明する図である。上記スイッチング電源装置の回路図の変形例であるスイッチング電源装置にリンギングが発生したときのスイッチング波形とリップル電流の状態を説明する図である。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明の実施の一形態に係るダイオード整流型スイッチング電源装置を備えた車載装置は、図１に示すように構成される。

図１に示すように、車載装置１は、コンピュータユニット（ＣＰＵを含む）を有し、プログラムに従って各種処理を実行する処理ユニット１０を有している。処理ユニット１０には、映像や音楽などのデジタルコンテンツを出力するＡＶユニット群１１（ＣＤ／ＤＶＤドライブ、デジタルテレビ、デジタルラジオ等を含む）及び車両の経路案内等のナビゲーション処理を行うナビゲーションユニット１２が接続されている。また、処理ユニット１０には、音声や音楽等を出力するスピーカ１３が接続されており、処理ユニット１０の制御のもと、ＡＶユニット群１１及びナビゲーションユニット１２からの音声信号等がスピーカ１３から出力される。処理ユニット１０には、更に、ＡＶユニット群１１により再生処理されるデジタルコンテンツ、また、ナビゲーションユニットでの処理に利用される地図情報等の各種情報を記憶する記憶部１４（例えば、ハードディスクドライブ）が接続されている。

車載装置１は、ＬＣＤパネルによって構成され、車両の前席側のインストルメントパネル等に設けられた表示部１５と、その表示部１５（ＬＣＤパネル）に一体的に設けられたタッチパネル等によって構成される操作部１６とを有している。処理ユニット１０は、操作部１６での操作に従った入力情報に基づいて各種処理を実行し、各種の処理により得られる映像や画像等の情報を表示部１５に表示させる。

また、車載装置１には、電源としてのバッテリ２がスイッチング電源装置３を介して電気的に接続されている。スイッチング電源装置３は、ダイオード整流型スイッチング電源装置である（以下、単に「スイッチング電源装置」と称する）。スイッチング電源装置３は、ＤＣ／ＤＣ変換回路を備えたスイッチング電源回路３１と、このスイッチング電源回路３１を制御するスイッチングコントローラ３２を備えている。詳しい回路構成の説明は後述するが、スイッチング電源装置３は、スイッチング電源回路３１とスイッチングコントローラ３２によってバッテリ２からの電力をＤＣ／ＤＣ変換し、変換した電力を車載装置１に供給する。ＡＶユニット群１１やナビゲーションユニット１２などの各種の車用機器は、スイッチング電源装置３からの電源ライン４と電気的に接続されており、供給される電力によって作動する。なお、説明の便宜上、図１には車載装置１とスイッチング電源装置３を別装置として記載しているが、一体の装置として構成することができる。

さらに、車載装置１には、外部接続機器５が着脱自在に接続されるインタフェース部１７が設けられている。インタフェース部１７には、処理ユニット１０からのデータライン４１と、スイッチング電源装置３からの電源ライン４の接続端が設けられている。外部接続機器５は、スマートフォン、ＵＳＢメモリ、デジタルビデオカメラなどを含み、データライン４１と電源ライン４を有するケーブルを介してインタフェース部１７に着脱自在に接続される。外部接続機器５がインタフェース部１７に接続されると、電源ライン４を介して外部接続機器５にスイッチング電源装置３からの電力が通電状態になり、データライン４１を介して外部接続機器５と処理ユニット１０との間でデータ送信が可能な状態となる。なお、外部接続機器５に内蔵された電池を充電する目的で接続されることもある。

続いて、図２を参照しながら、スイッチング電源装置３について詳しく説明する。図２は、スイッチング電源装置３の回路構成を示す。図２に示すように、スイッチング電源装置３は、電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力するスイッチング電源回路３１と、スイッチング制御部としてのスイッチングコントローラ３２を備えている。スイッチング電源回路３１は、スイッチング素子ＳＷ_１、ダイオードＤ_１、インダクタＬ_１及びコンデンサＣ_１を図のように電気的に接続して形成したダイオード整流型のＤＣ／ＤＣ変換回路を備えており、バッテリ２（Ｖ_ＩＮ）からの電力をＤＣ／ＤＣ変換して、出力する（Ｖ_ＯＵＴ，Ｉ_ＯＵＴ）。スイッチング素子ＳＷ_１は、好ましくはトランジスタであるが、他の素子やスイッチを採用してもよい。なお、ＤＣ／ＤＣ変換には、降圧方式、昇圧方式、昇降圧方式などがあるが、以下の説明では降圧方式を一例に挙げて説明する。

スイッチングコントローラ３２は、所定の出力電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が得られるようにスイッチのＯＮとＯＦＦを切り替えるためのスイッチング信号（所謂、短矩形状のスイッチング波形）を生成して、スイッチング素子ＳＷ_１に入力する制御を行う。スイッチングコントローラ３２は、ＩＣ（Integrated Circuit）３３を備えたマイクロコントローラで構成することができる。スイッチングコントローラ３２は、さらに、スイッチング電源回路３１の出力電圧値（Ｖ_ＯＵＴ）を検知する電圧検知器３４、負荷電流値に相当する出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）を検知する電流検知器３５、及びスイッチング信号生成器の好ましい一例としてＰＷＭ信号生成器３６（PWM；Pulse Width Modulation）を備えている。

電圧検知器３４として、エラー・アンプを用いることができ、出力電圧（Ｖ_ＯＵＴ）と基準電圧との差分を検出する。また、ＰＷＭ信号生成器３６として、ＰＷＭコンパレータを用いることができる。そして、ＰＷＭコンパレータで、エラー・アンプで検出した差分電圧と三角波とを比較して決定したパルス幅のスイッチング信号を生成する制御を、電圧安定化の制御として行う。三角波に代えて、スイッチ部のリップル電流と比較してもよく、インダクタ電流と比較してもよい。

さらに、電流検知器３５として、電流検知回路や電流センサーなどを用いることができ、負荷状態を判定するのに用いる負荷電流値として出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）を検知する。スイッチングコントローラ３２は、低負荷状態と通常負荷状態とを区分けする閾値（Ｉ_０）の情報と、低負荷時と通常負荷時の夫々のスイッチング周波数の設定値の情報を、記憶部としてのメモリ３７に有している。スイッチングコントローラ３２は、上記の電圧安定化の制御に加えて、検出される出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）と閾値（Ｉ_０）との比較によって負荷状態を判定し、負荷状態に対応するスイッチング周波数の設定値への切り替え制御を行う。すなわち、本実施形態では、電流検知器３５、メモリ３７及びＩＣ３３によって負荷検出器を構成している。

一方、スイッチング電源回路３１の出力端には、電力を供給するデバイスｎ（ｎは１以上）が電気的に接続されている。デバイスｎは、図１の車載装置１にあってはＡＶユニット群１１やナビゲーションユニット１２等の各種車用機器及び／又は着脱自在な外部接続機器５（スマートフォン，ＵＳＢメモリなどを含む）である。接続されるデバイスｎの種類と数は任意に設定することができる。

さらに図１に例示した車載装置１にあっては、一例であるが、通常負荷時の消費電流が３００ｍＡ、低負荷時の消費電力が３０ｍＡ、高負荷時（スマートフォン接続時）の消費電力が２Ａとなる設計仕様とし、数十ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲内でスイッチング周波数を設定可能なように素子等の構成要素が選定されている。この設計仕様にあって、通常負荷時にスイッチング周波数を４００ｋＨｚとした場合の下記数式５により算出される「リングングが発生しない負荷電流下限値」は１４０ｍＡであり、低負荷時にスイッチング周波数を２ＭＨｚとした場合の下記数式５により算出される「リングングが発生しない負荷電流下限値」は２８ｍＡであった。よって、図３に示すように、各スイッチング周波数に対応する負荷電流下限値の間（２８ｍＡ〜１４０ｍＡ）に閾値（Ｉ_０）を設定する（一例として、８５ｍＡ）。なお、閾値（Ｉ_０）の設定は一つに限られず、負荷状態を、より細分化して各負荷状態にスイッチング周波数の設定値を割り当て、各負荷状態の間に閾値（Ｉ_０）を設定するようにしてもよい。

続いて、図４を参照しながら、スイッチング電源装置３の動作について説明する。まず、車載装置１の電源がＯＮになると、ステップＳ１に示すように、スイッチングコントローラ３２は、電流検知器３５が検知する出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）を負荷電流値としてサンプリングし、ステップＳ２に示すように、出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）と閾値（Ｉ_０）とを比較する。出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）が閾値（Ｉ_０）を上回っていれば、ステップＳ３に示すように、通常負荷状態であると判定してスイッチング周波数を通常負荷状態の設定値（本例では４００ｋＨｚ）に設定する。そして、ステップＳ５に示すように、ＰＷＭ信号生成器３６としてのＰＷＭコンパレータで、電圧検知器３４としてのエラー・アンプで検出した差分電圧と三角波（或いは、リップル電流又はインダクタ電流）とを比較して決定したパルス幅のスイッチング信号を生成する。

一方で、ステップＳ２の比較の結果、出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）が閾値（Ｉ_０）以下であれば、ステップＳ４に示すように、低負荷状態であると判定してスイッチング周波数を低負荷状態の設定値（本例では２ＭＨｚ）に設定する。そして、ステップＳ５に示すように、ＰＷＭ信号生成器３６としてのＰＷＭコンパレータで、電圧検知器３４としてのエラー・アンプで検出した差分電圧と三角波（或いは、リップル電流又はインダクタ電流）とを比較して決定したパルス幅のスイッチング信号を生成する。

さらに、ステップＳ６に示すように、車載装置１の電源がＯＮであればステップＳ１の比較に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ５までの一連の制御を繰り返し行う。これにより、ＡＶユニット群１１やナビゲーションユニット１２などの各種車用機器のＯＮ−ＯＦＦ状態や外部接続機器５の接続状態に因る負荷状態の変動を速やかに検出して、負荷状態に対応したスイッチング周波数に設定変更を行う。

上述の制御を行うことにより、図５の回路構成図に模式的に示すように、デバイス１とデバイス２の両方が作動しているときには通常負荷時のスイッチング周波数（本例では４００ｋＨｚ）に設定したスイッチング信号によってスイッチングの制御が行われる。そして、デバイス２が停止するなどして負荷電流が閾値（Ｉ_０）以下まで下がると、低負荷時のスイッチング周波数（本例では２ＭＨｚ）に設定したスイッチング信号によってスイッチングの制御が行われる。スイッチング周波数を高周波にすると、「リンギングが発生しない負荷電流下限値」が一時的に下がると共に、スイッチ部のリップル電流の上下振幅の幅が小さくなる。前述の数式５によれば、スイッチング周波数を５倍にすると「リンギングが発生しない負荷電流下限値」は１／５になる。これにより、スイッチ部のリップル電流に０（ゼロ）ｍＡを下回る周期が表れるのを抑制することができ、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることができる。

また、停止していたデバイス２が再び作動して負荷電流が閾値（Ｉ_０）を上回ると、通常負荷時のスイッチング周波数（本例では４００ｋＨｚ）に戻したスイッチング信号によってスイッチングの制御が行われる。これにより、通常負荷時にはスイッチング損失を小さくした効率の良い出力を行うことができる。なお、スイッチング周波数が高周波になるとスイッチング損失が増加するが、低負荷であるので効率面の影響は小さい。

従って、本実施形態のダイオード整流型スイッチング電源装置３を備えた車載装置１によれば、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることができる。さらに、接続されるデバイスの種類や数のバリエーションに対して、ハード構成を変えずにリンギングの発生を抑えることができる。

続いて、スイッチング電源装置３の変形例について、図６を参照しながら説明する。この変形例に係るスイッチング電源装置３は、負荷電流として電流検知器３５が検知する出力電流値（Ｉ_ＯＵＴ）を用いたのに代えて、スイッチングコントローラ３２が演算によって算出した負荷電流を用いる。その他の構成については図２に示すスイッチング電源装置３と同様であるので、同じ符号を付すことによって詳細な説明は省略する。

図６に示すように、変形例に係るスイッチング電源装置３は、接続可能性のあるデバイスｎの種類とその消費電流値の情報を記憶部としてのメモリ３８に有している。そして、スイッチングコントローラ３２は、いずれのデバイスｎがＯＮ状態であるか或いは接続状態であるか検出するか、若しくは、車載装置１の処理ユニット１０からＯＮ状態のデバイスｎ或いは接続されたデバイスｎの情報を受け取ると、対応する消費電流値の情報をメモリから読みだして、演算により総消費電流値を算出する。この総消費電流値を負荷電流として用い、閾値（Ｉ_Ｏ）とを比較して負荷状態を判定する制御を行う。

図６の例では、デバイス１とデバイス２の両方が作動していると、演算により総消費電流値が３００ｍＡであると算出し、閾値（Ｉ_０）を上回っているので通常負荷状態であると判定する。一方、デバイス１のみが作動していると、演算により総消費電流値が３０ｍＡであると算出し、閾値（Ｉ_０）以下であるので低負荷状態であると判定する。このような構成であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この変形例では、制御方式として、負荷変動に対してフィードフォワード制御を採用することも可能になる利点もある。

以上、本発明に係るダイオード整流型スイッチング電源装置、各種車用機器に電力を供給する電源装置に前記ダイオード整流型スイッチング電源装置を採用した車載装置、及びダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法は、低負荷時におけるリンギングの発生を抑えることのできるので、安定した電力を供給できる装置及び方法として有用である。

１車載装置
２バッテリ
３スイッチング電源装置
３１スイッチング電源回路
３２スイッチングコントローラ
３４電圧検知器
３５ＰＷＭ信号生成器
３６電流検知器
４電源ライン
５外部接続機器

Claims

スイッチング素子、ダイオード、インダクタ及びコンデンサを電気的に接続して形成されるＤＣ／ＤＣ変換回路を含み、電源から供給される電力をＤＣ／ＤＣ変換して出力するダイオード整流型スイッチング電源装置において、
負荷電流が設定した閾値以下となる低負荷状態を検出する負荷検出器と、低負荷状態が検出されると前記閾値を上回る負荷状態のときよりもスイッチング周波数を高周波に設定したスイッチング信号を生成して前記スイッチング素子に入力するスイッチング信号生成器と、を含むスイッチング制御部を備えたことを特徴とするダイオード整流型スイッチング電源装置。
前記スイッチング制御部は、少なくとも２段階のスイッチング周波数の設定値の情報と、各スイッチング周波数に対応する負荷電流下限値間に設定した前記閾値の情報を有しており、負荷電流が前記閾値以下になると高周波数側の設定値に上げ、前記閾値を上回ると低周波数側の設定値に下げる制御を実行することを特徴とする請求項１に記載のダイオード整流型スイッチング電源装置。
下記の数式１を満たすようにスイッチング周波数を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のダイオード整流型スイッチング電源装置。
前記負荷検出器は、負荷電流値を検知する電流検知器を含み、該電流検知器が検知した負荷電流値と前記閾値とを比較して負荷状態を判定し、低負荷状態を検出すると前記スイッチング信号生成器がスイッチング周波数を変更する制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイオード整流型スイッチング電源装置。
前記負荷検出器は、当該スイッチング電源装置に接続可能なデバイスの種類とその消費電流値の情報を有しており、デバイスのＯＮ−ＯＦＦ状態或いは接続状態に基づいて総消費電流値を算出し、総消費電流値と前記閾値とを比較して負荷状態を判定し、低負荷状態を検出すると前記スイッチング信号生成器がスイッチング周波数を変える制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイオード整流型スイッチング電源装置。
電力で作動する複数の車用機器及び／又は外部接続機器と、これら複数の車用機器及び／又は外部接続機器に対してバッテリからの電力をＤＣ／ＤＣ変換して供給する前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置と、を備えたことを特徴とする車載装置。
スイッチング素子、ダイオード、インダクタ及びコンデンサを電気的に接続して形成されたＤＣ／ＤＣ変換回路を含むダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法であって、
下記の数式２を満たすスイッチング周波数に設定したスイッチング信号を前記スイッチング素子に入力することを特徴とするダイオード整流型スイッチング電源装置のリンギング抑制方法。