JP2019115100A - 電源電圧安定化方法、半導体装置および電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリー電圧の変動または／および負荷条件が変化しても、スイッチング電源の性能の低下を抑制することが可能な電源電圧安定化方法を提供する。【解決手段】バッテリー電圧Ｖｉｎが供給される出力パワーＭＯＳ１１と、出力パワーＭＯＳ１１を制御するＰＷＭ帰還制御部とを備えるスイッチング電源１００の電源電圧安定化方法であって、ＰＷＭ帰還制御部は、スイッチング電源１００から出力される電源電圧Ｖｏｕｔに基づいて制御を行う電圧帰還制御器２と、スイッチング電源１００から出力される電流に基づいて制御を行う電流帰還制御器３とを備える。バッテリー電圧Ｖｉｎの変動または／およびスイッチング電源１００の負荷条件の変化を検出し、検出の結果に従って、ＰＷＭ帰還制御部の帯域を、動的に変更する、電源電圧安定化方法。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーに適した電源電圧安定化方法、半導体装置および電源システムに関し、例えば自動車等に搭載されるバッテリーの電源電圧安定化方法に関する。

バッテリーは、例えば自動車に搭載され、バッテリーから、エンジンを起動するセルモーター、エンジンコントローラ（以下、ＥＣＵと称する）等に給電が行われる。ＥＣＵには、種々の電子装置が実装されている。バッテリーからのバッテリー電圧は、スイッチング電源のような電源回路によって安定化され、電源回路から安定した出力電圧が、ＥＣＵに実装されている電子装置に給電され、電子装置は、給電された出力電圧を電源電圧として動作する。

スイッチング電源には、安定した出力電圧を実現するために、スイッチング制御部へスイッチング電源の出力電圧を帰還する電圧帰還部と、出力電圧の高速安定化を図るための電流帰還部とが設けられている。スイッチング電源は、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開２０１１−１０１４７９号公報 特開２０１１−９７４３４号公報

自動車に搭載されたバッテリーのバッテリー電圧は、常に変動する。例えば、エンジンを起動（ＯＮ）するために、セルモーターを起動させると、セルモーターを流れる電流が大きくなり、セルモーターとバッテリーとを接続するハーネスにおける電圧降下が大きくなるため、スイッチング電源に給電されているバッテリー電圧が急激に変化する。また、起動後、セルモーターを流れる電流は徐々に減るため、スイッチング電源に給電されているバッテリー電圧も徐々に変化する。従って、バッテリー電圧は、時間に伴って変動することになる。このようなバッテリー電圧の変動は大きく、世界標準規格（ＩＳＯ）においても、電圧降下の規格化が行われている。

図１４は、ＩＳＯの規格で提示されている電圧降下によるバッテリー電圧の変化を示す特性図である。同図において、横軸は時間を示し、縦軸はバッテリー電圧を示している。ここでは、バッテリー電圧は１２（Ｖ）である。時刻ｔｏｎにおいて、エンジンをＯＮした場合、期間ｔ１において、バッテリー電圧は１２（Ｖ）から急激に低下し、３．６（ｖ）または２．６（Ｖ）に到達し、その後、時間の経過（ｔ２、ｔ３）とともに、バッテリー電圧は次第に上昇する。

車載のスイッチング電源は、このような変動するバッテリー電圧から安定した出力電圧を形成することになる。

特許文献１に記載されているスイッチング電源を例にして、スイッチング電源の構成を説明すると次の通りである。ここでは、特許文献１の図２を参照にして説明する。以下の説明において、（）内の符号は、特許文献１の図２で用いられている符号に対応している。なお、特許文献１では、スイッチング電源をＤＣ−ＤＣコンバータと称しているが、ここではスイッチング電源として説明する。

スイッチング電源は、誤差アンプ（１７）、スロープ補償回路（１３）、ＰＷＭコンパレータ（２１）、ＲＳラッチ（２２）、出力パワーＭＯＳ（２４、２５）および出力パワーＭＯＳ駆動ドライバ（２３）等を備えている。誤差アンプ（１７）は、出力電圧（ＶＯＵＴ）に基づいた電圧と出力電圧用ＤＡＣ（１２）の出力を比較し、出力パワーＭＯＳ（２４、２５）を制御する電圧帰還部を構成している。また、ＰＷＭコンパレータ（２１）は、誤差アンプ（１７）の出力とスロープ補償回路（１３）の出力との差分とコイル電流情報（またはスイッチ電流情報）とを比較し、出力パワーＭＯＳ（２４、２５）を制御する電流帰還部を構成している。すなわち、スイッチング電源は、電圧帰還部と電流帰還部とを含むＰＷＭ帰還制御部によって構成されている。

スイッチング電源の出力電圧を安定にするためには、このＰＷＭ帰還制御部の特性が重要となる。具体的に述べると、ＰＷＭ帰還制御部のゲインと位相が、発振を起こさないように設定することが重要である。すなわち、ゲインを持つ周波数領域において、位相のずれ（フェーズマージン）が、発振条件である１８０（ｄｅｇ）に対して余裕を持つように設定することが重要である。

特許文献１の場合には、位相補償抵抗（１８）と位相補償コンデンサ（１９）が、ＰＷＭ帰還制御部の位相ずれを補償する位相補償回路として設けられている。このようなスイッチング電源を車載する場合、スイッチング電源の出力電圧を安定化するために、ＰＷＭ帰還制御部のＰＷＭ帰還特性が安定化するように、位相補償抵抗（１８）と位相補償コンデンサ（１９）の値を設定することになる。

上記したように、車載のバッテリー電圧は変動する。図１４では、１２（Ｖ）から３．６（Ｖ）まで変動する例を示したが、実使用では、バッテリー電圧は、例えば４０（Ｖ）から３．２（Ｖ）まで変動する。また、ＥＣＵ内の電子装置の動作に伴って、スイッチング電源から電子装置へ供給する出力電流（負荷電流）も変化する。バッテリー電圧の変動または／および負荷電流の変化により、出力パワーＭＯＳ（２４、２５）または／および出力パワーＭＯＳ駆動ドライバ（２３）の特性も変化することになる。出力パワーＭＯＳまたは／および出力パワーＭＯＳ駆動ドライバの特性が変化することにより、ＰＷＭ帰還制御部のＰＷＭ帰還特性も変化することになるため、ＰＷＭ帰還制御部のフェーズマージンも変化することになる。

位相補償抵抗および位相補償コンデンサの値は、所定のバッテリー電圧で所定の負荷電流を前提として、そのときのフェーズマージンが最適となるように設定される。そのため、例えばバッテリー電圧が変動して、最大の電圧値になったとき、あるいは最小の電圧値になったときには、フェーズマージンが最適になっていないことが考えられる。もし、フェーズマージンが良くなければ、例えばバッテリー電圧の変動が、スイッチング電源の出力電圧に現れ、変動を抑制することが難しくなる。この場合、スイッチング電源の出力電圧を電源電圧として動作している電子装置（プロセッサ等）や車載のセンサ等が、所望の動作をせずに、誤動作を起こし、最悪の場合はシステムダウンにも繋がる。

図１３は、位相補償抵抗および位相補償コンデンサの値を変更せずに、すなわち、位相補償回路の特性を変更せずに、バッテリー電圧および負荷電流か変化したときのスイッチング電源の特性を示す特性図である。図１３（Ａ）は、バッテリー電圧が１４（Ｖ）で、負荷電流が４（Ａ）の場合を示し、図１３（Ｂ）は、バッテリー電圧が２６（Ｖ）に変化し、負荷電流が８（Ａ）に変化した場合を示している。図１３（Ａ）および１３（Ｂ）において、横軸は周波数を示し、左側の縦軸はＰＷＭ帰還制御部のゲインを示し、右側の縦軸はＰＷＭ帰還制御部の位相を示している。横軸において、例えば１Ｅ＋２Ｈｚは、１０の２乗（Ｈｚ）＝１００（Ｈｚ）を示し、１Ｅ＋３Ｈｚは、１０の３乗（Ｈｚ）＝１０００（Ｈｚ）を示している。以降、周波数については、同様な表示形式を用いる。

図１３（Ａ）および１３（Ｂ）において、実線は、ゲインを示し、破線は位相を示している。図１３（Ａ）では、ＰＷＭ帰還制御部がゲインを持っている期間、すなわち、ゲイン曲線(実線)が、０（ｄＢ）を超えている期間（１Ｅ＋２（Ｈｚ）〜約１Ｅ＋４（Ｈｚ））において、位相は発振条件である１８０（ｄｅｇ）よりも小さい約１２０（ｄｅｇ）である。これに対して、バッテリー電圧および負荷電流が変化すると、図１３（Ｂ）に示すように、ゲインを持っている期間（１Ｅ＋２（Ｈｚ）〜約１Ｅ＋４（Ｈｚ））において、最も変化したときの位相は、１９０（ｄｅｇ）に到達する。この場合、発振条件を超えることになり、ＰＷＭ期間制御部は発振を起こすことが考えられ、システムダウンに繋がることが考えられる。

特許文献１は、バッテリー電圧の変動により生じる課題を認識していない。また、特許文献２は、電流検出回路におけるゲインおよびオフセットの変動を補正することを示しているが、バッテリー電圧の変動により生じる課題を認識していない。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態に係わる半導体装置を述べると、次のとおりである。

すなわち、バッテリー電圧が供給されるスイッチと、スイッチを制御するＰＷＭ帰還制御部とを備える電源回路の電源電圧安定化方法は、ＰＷＭ帰還制御部として、電源回路から出力される電源電圧に基づいて制御を行う電圧帰還制御器と、電源回路から出力される電流に基づいて制御を行う電流帰還制御器とを備え、バッテリー電圧の変動または／および電源回路の負荷条件の変化を検出し、検出結果に従って、ＰＷＭ帰還制御部の帯域を動的に変更する。

ＰＷＭ帰還制御部の帯域は、ＰＷＭ帰還制御部のゲインと位相によって表される。ゲインまたは／および位相を動的に変更することにより、バッテリー電圧の変動または／および負荷条件の変化に見合ったＰＷＭ帰還特性を提供することが可能となる。

一実施の形態によれば、バッテリー電圧の変動または／および負荷条件が変化しても、電源回路の性能の低下を抑制することが可能な電源電圧安定化方法を提供することができる。

実施の形態１に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係わる電流帰還制御器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係わるパラメータ制御器が備えるテーブルを示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１に係わるスイッチング電源の特性を説明するための特性図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態１に係わるスイッチング電源の周波数特性を説明するための特性図である。 実施の形態２に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係わる電源システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係わるプロセッサの動作を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態４に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係わる電圧テーブルを示す図である。 実施の形態５に係わる補正テーブルを示す図である。 実施の形態６に係わる電源システムの構成を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、スイッチング電源の特性を示す特性図である。 バッテリー電圧の変化を示す特性図である。

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまでも一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

以下の説明では、スイッチング電源を、デジタル回路によって構成した場合を例にして説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、スイッチング電源を、例えば特許文献１に示されているようなアナログ回路によって構成するようにしてもよい。しかしながら、実現の容易性から、デジタル回路によって構成することが望ましい。また、ここでは、車載のスイッチング電源を例として説明する。

（実施の形態１）
＜スイッチング電源の構成＞
図１は、実施の形態１に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。スイッチング電源（電源回路）１００は、半導体装置１と、半導体装置１に接続された複数の電子部品を備えている。スイッチング電源１００には、バッテリー３０が接続され、バッテリー３０からバッテリー電圧Ｖｉｎが給電される。また、スイッチング電源１００には、目標設定器４０から目標とする電圧値Ｖｒｅｆが供給され、スイッチング電源１００は、バッテリー電圧Ｖｉｎから、目標電圧値Ｖｒｅｆに対応した電圧を形成し、出力電圧（以下、電源電圧とも称する）Ｖｏｕｔとして出力する。同図では省略しているが、バッテリー３０は、ハーネスによってセルモーター等にも接続され、バッテリー電圧はセルモーター等の電源電圧として給電されている。一方、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＥＣＵ内の電子装置およびセンサ等に、それぞれの電源電圧として給電されている。

半導体装置１は、Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ａｄｊｕｓｔｅｄ Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（以下、パルス幅変調器またはＤＰＷＭと称する）４、電流帰還制御器３、電圧帰還制御器２、パラメータ制御器１０および加算器９を備えている。特に制限されないが、これらの回路ブロックは、周知の半導体製造技術によって、１つの半導体チップに形成され、半導体装置１となっている。スイッチング電源１００を構成するために、半導体装置１の外部には、アナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と称する）５、６および２１、加算器２２、センサ８、ローパスフィルタ７、抵抗１７、１８および電圧出力回路５０が設けられている。

電圧出力回路５０は、特に制限されないが、４個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ、以下、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは、単にＭＯＳとも称する）１１、１２、１４、１５、インバータ回路１３、１６、インダクタンス２０および容量１９を備えている。出力用のパワーＭＯＳ（以下、出力パワーＭＯＳまたはスイッチと称する）１１のソースは、出力パワーＭＯＳ１２のドレインに接続され、出力パワーＭＯＳ１１と出力パワーＭＯＳ１２との間の接続ノードは、分流部２３およびインダクタンス２０を介して、ＭＯＳ１５のドレインに接続されている。インダクタンス２０とＭＯＳ１５のドレインとの間の接続ノードは、ＭＯＳ１４を介して、接地電圧Ｖｓに接続され、ＭＯＳ１５のソースは平滑用容量１９を介して接地電圧Ｖｓに接続されている。ＭＯＳ１５のソースと平滑用容量１９との間の接続ノードが、スイッチング電源１００の出力ノードとなり、出力ノードから出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

出力パワーＭＯＳ１２のソースは、接地電圧Ｖｓに接続され、そのゲートには、インバータ回路１３を介してＤＰＷＭ４の第１出力信号ＯＴ１が供給されている。一方、出力パワーＭＯＳ１１のゲートには、ＤＰＷＭ４の第１出力信号ＯＴ１が供給されている。また、ＭＯＳ１５のゲートには、インバータ回路１６を介して、ＤＰＷＭ４の第２出力信号ＯＴ２が供給され、ＭＯＳ１４のゲートには、ＤＰＷＭ４の第２出力信号ＯＴ２が供給されている。

ＤＰＷＭ４は、ＰＷＭ帰還制御により、バッテリー電圧Ｖｉｎと目標電圧値Ｖｒｅｆとの間の電位差に応じたパルス幅の第１出力信号ＯＴ１および第２出力信号ＯＴ２を出力する。第１出力信号ＯＴ１によって、出力パワーＭＯＳ１１と１２は相補的にオン状態／オフ状態となる、すなわち、出力パワーＭＯＳ１１（１２）がオン状態のとき、出力パワーＭＯＳ１２（１１）はオフ状態となる。同様に、第２出力信号ＯＴ２によって、ＭＯＳ１４と１５は相補的にオン状態／オフ状態となる。例えば、出力パワーＭＯＳ１１とＭＯＳ１４がオン状態となることにより、バッテリー電圧Ｖｉｎに応じた電流が、分流部２３およびインダクタンス２０を介して、バッテリー電圧Ｖｉｎから接地電圧Ｖｓに向かって流れる。この間ＭＯＳ１５はオフ状態となり、平滑用容量１９に蓄えた電荷により出力ノードに電圧Ｖｏｕｔが出力される。一方、出力パワーＭＯＳ１２とＭＯＳ１５がオン状態となると、インダクタンス２０および分流部２３を介して、接地電圧Ｖｓノードから出力ノードに向かって電流が流れることになる。この間ＭＯＳ１４はオフ状態となり、上記出力ノード電流により平滑用容量１９に電荷が充電され、電圧Ｖｏｕｔも出力される。ＤＰＷＭ４から出力される第１出力信号ＯＴ１と第２出力信号ＯＴ２に従って、上記した動作が繰り返され、出力ノードにおける出力電圧Ｖｏｕｔは、目標電圧Ｖｒｅｆに対応した電圧値となる。

抵抗１７、１８は、出力ノードと接地電圧Ｖｓとの間で直列的に接続されている。抵抗１７、１８は、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧する分圧抵抗として機能する。すなわち、抵抗１７と１８によって、出力電圧Ｖｏｕｔが分圧される。分圧により得られた電圧は、検出電圧として加算器２２の負入力に供給されている。この実施の形態においては、抵抗１８は、可変抵抗とされている。そのため、抵抗１８の抵抗値を変えることにより、加算器２２の負入力に供給される検出電圧の値を変更することが可能となっている。

加算器２２は、目標設定器４０から出力されている目標電圧値Ｖｒｅｆと検出電圧とを加算する。検出電圧が、負入力に供給されているため、加算器２２は目標電圧値Ｖｒｅｆから、検出電圧を減算するように機能する。この減算により求められた電位差は、Ａ／Ｄ変換回路２１に供給され、デジタル信号に変換され、半導体装置１内の電圧帰還制御器２に、ＰＷＭ帰還制御用出力電圧として供給される。電圧帰還制御器２は、供給されたＰＷＭ帰還制御用出力電圧に基づいた出力信号を加算器９に供給する。

分流部２３では、インダクタンス２０を流れる負荷電流を分流し、分流により得られた検出電流が、センサ８に供給される。センサ８では、特に制限されないが、検出電流を電圧に変換し、変換により得られた電圧（以下、検出電流電圧または電流検出信号と称する）をローパスフィルタ７へ供給する。ローパスフィルタ７を介した検出電流電圧は、Ａ／Ｄ変換回路６によって、デジタル信号に変換され、加算器９の負入力に供給される。

加算器９において、電圧帰還制御器２から出力されている出力信号から、検出電流電圧に相当するデジタル信号が減算され、電流帰還制御器３に供給される。電流帰還制御器３は、電圧帰還制御器２からの出力信号と検出電流電圧に相当するデジタル信号との差分に基づいた出力信号を形成し、ＤＰＷＭ４へ供給する。

目標電圧値Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値との差が小さくなるように、電圧帰還制御が行われる。この実施の形態においては、電圧帰還制御の経路は、加算器２２、Ａ／Ｄ変換回路２１、電圧帰還制御器２、ＤＰＷＭ４、電圧出力回路５０によって構成されている。電圧帰還制御は、分圧により形成された検出電圧と目標電圧Ｖｒｅｆとの差分が減少するように、電圧出力回路５０を制御する。

一方、電流帰還制御は、スイッチング電源から出力される負荷電流を制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔが安定するように制御する。この実施の形態においては、電流帰還制御の経路は、加算器９、電流帰還制御器３、ＤＰＷＭ４、出力パワーＭＯＳ１１，１２、センサ８、ローパスフィルタ７およびＡ／Ｄ変換回路６によって構成されている。この場合、電流帰還制御は、分流により求められた検出電流電圧と電圧帰還制御器２からの出力信号との差分が減少するように、電圧出力回路５０を制御する。このように、実施の形態に係わるスイッチング電源１００におけるＰＷＭ帰還制御部は、電圧帰還制御を行う電圧帰還制御部と電流帰還制御を行う電流帰還制御部とを備えている。また、電圧帰還制御部は、電圧帰還制御器２を備え、電流帰還制御部は、電流帰還制御器３を備えている。

この実施の形態においては、電流帰還制御器３は、可変型の電流帰還制御器によって構成されており、パラメータ制御器１０から供給されるパラメータの値に従って、特性が設定される。パラメータの値によって、電流帰還制御器の特性を変更することにより、ＰＷＭ帰還制御部の特性を変更するものである。

この実施の形態に係わるパラメータ制御器１０には、予め複数のパラメータが設定されている。パラメータ制御器１０は、設定されている複数のパラメータから、そのときのスイッチング電源１０の動作状態に応じたパラメータを選択し、選択したパラメータの値を、電流帰還制御器３に設定する。スイッチング電源１００の動作状態を検出する情報として、パラメータ制御器１０は、バッテリー電圧Ｖｉｎに係わる情報と負荷電流に係わる情報を用いる。これにより、バッテリー電圧Ｖｉｎの変動または／および負荷電流（負荷条件）の変化に従って、動的に電流帰還制御器３の特性が変更され、その結果としてＰＷＭ帰還制御部の特性も動的に変更される。

具体的に述べると、バッテリー電圧Ｖｉｎは、Ａ／Ｄ変換回路５によって、デジタル信号に変換され、変換によって得られたバッテリー検出信号と、上記した検出電流電圧が、パラメータ制御器１０に供給される。ここで、バッテリー検出信号が、バッテリー電圧Ｖｉｎに係わる情報であり、検出電流電圧が、負荷電流に係わる情報である。パラメータ制御器１０は、バッテリー検出信号と検出電流電圧に基づいて、パラメータを選択し、電流帰還制御器３に設定する。パラメータ制御器１０は、電流帰還制御器３に設定されているパラメータを、新たなパラメータに設定するため、パラメータ制御器１０は、電流帰還制御器３のパラメータを動的に書き換えていると見なすこともできる。ここでは、バッテリー電圧Ｖｉｎの変動および負荷電流の変化を検出する検出信号として、バッテリー検出信号および検出電流電圧を例にして説明するが、これに限定されるものではない。なお、この実施例においては、検出電流電圧は、電流帰還制御とパラメータ変更の両方において兼用されていることになる。

電流帰還制御器３のパラメータを書き換えることにより、電流帰還制御器３が出力する出力信号が変化し、ＤＰＷＭ４が出力する第１出力信号ＯＴ１および第２出力信号ＯＴ２が変化する。これにより、ＰＷＭ帰還制御部の特性である帯域が、そのときのスイッチング電源１００の動作状態に対して最適となるように変更される。帯域は、ＰＷＭ帰還制御部のゲインと位相によって定められるため、より具体的には、電流帰還制御器３のパラメータを書き換えることにより、ＰＷＭ帰還制御部のゲインと位相が、最適な値に変更されることになる。

次に、電流帰還制御器３およびパラメータ制御器１０の具体的な一例を説明する。先ず、電流帰還制御器３の構成を説明する。以降の説明では、１個のパラメータが、２個の電流制御パラメータ、すなわち電流制御パラメータ１および電流制御パラメータ２によって構成されている場合を説明する。

＜電流帰還制御器の構成＞
図２は、実施の形態１に係わる電流帰還制御器の構成を示すブロック図である。同図において、３−１、３−２は乗算器を示し、３−３、３−４は加算器を示し、３−５は遅延回路（Ｚ^−１）を示している。なお、信号線に付された斜線は、信号が複数であることを示している。

加算器９から出力された信号は、２つに分岐し、一方の信号は、乗算器３−１に供給される。他方の信号は、乗算器３−２に供給される。乗算器３−１は、電流制御パラメータ１と供給されている信号との間で乗算を実行し、乗算結果を加算器３−４に供給する。乗算器３−２は、電流制御パラメータ２と供給されている信号との間で乗算を実行し、乗算結果を加算器３−３に供給する。加算器３−３の出力は、加算器３−４に供給されるとともに、遅延回路３−５に供給される。遅延回路３−５によって遅延された信号は、加算器３−３に供給される。これにより、加算器３−３では、１サイクル遅延した信号との加算が行われる。加算器３−４では、乗算器３−１からの信号と加算器３−３からの信号とを加算し、加算の結果を、電流帰還制御器３の出力信号として、ＤＰＷＭ４へ出力する。

この実施の形態に係わる電流帰還制御器３においては、電流制御パラメータ１によって、主にゲインが調整され、電流制御パラメータ１および２によって主に位相が調整される。

＜パラメータ制御器＞
パラメータ制御器１０には、予め複数のパラメータが設定されている。より具体的に述べると、パラメータ制御器１０は、複数のパラメータが設定されたテーブルを備えている。図３は、実施の形態１に係わるパラメータ制御器が備えるテーブルを示す図である。テーブルの項目としては、パラメータＮｏ．、バッテリー電圧Ｖｉｎ（Ｖ）、出力電流（Ａ）、電流制御パラメータ１および電流制御パラメータ２がある。ここで、出力電流（Ａ）は、スイッチング電源１００から出力される電流を示し、負荷電流に相当する。

テーブルにおいては、バッテリー電圧ごとに、出力電流、電流制御パラメータ１および電流制御パラメータ２が設定されている。すなわち、バッテリー電圧ごとに、出力電流が分類され、出力電流ごとに、電流制御パラメータ１および電流制御パラメータ２が設定されている。例えば、バッテリー電圧Ｖｉｎが、１４（Ｖ）未満の場合を例にして説明すると、出力電流が２（Ａ）〜３（Ａ）未満と、１（Ａ）〜２（Ａ）未満と、０（Ａ）〜１（Ａ）未満に分類されている。この分類において、出力電流が２（Ａ）〜３（Ａ）未満の場合には、電流制御パラメータ１は、“０１０１”で、電流制御パラメータ２は、“０１０１０”であり、出力電流が１（Ａ）〜２（Ａ）未満の場合には、電流制御パラメータ１は、“０１１０”で、電流制御パラメータ２は、“０１１００”である。また、出力電流が０（Ａ）〜１（Ａ）未満の場合には、電流制御パラメータ１は、“０１１１”で、電流制御パラメータ２は、“０１１１０”である。

以下、同様にして、各バッテリー電圧Ｖｉｎごと（１４（Ｖ）〜２６（Ｖ）未満、２６（Ｖ）〜４０（Ｖ）未満）で、出力電流の範囲によって分類され、それぞれに電流制御パラメータ１および２が設定されている。

また、バッテリー電圧Ｖｉｎが、例えば４０（Ｖ）以上では、スイッチング電源１００の規格を外れることになる。規格を外れたバッテリー電圧の場合を考慮して、テーブルには、規格外の場合のバッテリー電圧、負荷電流および対応する電流制御パラメータ１および２が設定されている。

電流制御パラメータ１および２は、そのときのバッテリー電圧および出力電流で、ＰＷＭ帰還制御部が最適な帯域となるような値を予め求め、図２に示したテーブルに格納しておく。

＜パラメータの書き換え＞
パラメータ制御器１０は、Ａ／Ｄ変換回路５から供給されるバッテリー検出信号と、Ａ／Ｄ変換回路６から供給される検出電流電圧に基づいて、図３に示したテーブルを検索し、パラメータＮｏ．を選択する。パラメータ制御器１０は、選択したパラメータＮｏ．における電流制御パラメータ１および２が、図２に示した乗算器３−１および３−２に供給されるように、パラメータの書き換えを実行する。

例えば、パラメータＮｏ．＃２の電流制御パラメータ１“０１１０”および２“０１１００”が、電流帰還制御器３に設定されている状況で、出力電流が２（Ａ）〜３（Ａ）の間に変化した場合、パラメータ制御器１０は、この変化を検出電流電圧によって把握し、変化した出力電流に対応するパラメータＮｏ．＃１を選択し、電流制御パラメータ１を“０１０１”に変更し、電流制御パラメータ２を“０１０１０”に変更する。これにより、電流帰還制御器３の電流制御パラメータ１および２が、選択されたパラメータＮｏ．の電流制御パラメータに書き換えられる。パラメータＮｏ．＃１の電流制御パラメータ１および２へ書き換える例を示したが、他のパラメータＮｏ．の場合も同様である。

また、バッテリー検出信号によって、バッテリー電圧Ｖｉｎの変動を検出した場合も、同様、変動したバッテリー電圧Ｖｉｎに対応するパラメータＮｏ．を、テーブルから検索し、選択したパラメータＮｏ．の電流制御パラメータ１および２で、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える。

バッテリー電圧Ｖｉｎが、大きく変動した場合には、パラメータ制御器１０は、エラーが発生したとして、パラメータＮｏ．＃０を選択して、スイッチング電源１００の動作を停止させるようにしてもよい。例えば、バッテリー検出信号によって表されるバッテリー電圧Ｖｉｎが、テーブルにおいて異なる電圧範囲の値に変化した場合、パラメータ制御器１０は、バッテリー電圧Ｖｉｎが大きく変動したとして、パラメータＮｏ．＃０を選択する。一例を述べると、バッテリー電圧Ｖｉｎが、１４（Ｖ）未満から、異なる電圧範囲である１４（Ｖ）以上に変動したことを検出した場合、パラメータ制御器１０は、パラメータＮｏ．＃０を選択する。パラメータＮｏ．＃０が選択されることにより、電流帰還制御器３を停止させる電流制御パラメータ１および２が電流帰還制御器３に供給され、電流帰還制御器３の電流制御パラメータが、（停止）の電流制御パラメータ１および２に書き換えられる。これにより、電流帰還制御器３は停止し、その結果としてスイッチング電源１００が停止する。

同様に、バッテリー検出信号が４０（Ｖ）以上のような電圧を示した場合または／および検出電流電圧が、３（Ａ）以上のような電流を示した場合、パラメータ制御器１０は、電流制御パラメータ１および２の値として、（停止）を示す“００００”および“０００００”を書き込み、スイッチング電源１００の動作を停止させる。

図４は、実施の形態１に係わるＰＷＭ帰還制御部のゲイン−周波数特性を説明するための特性図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸はゲインを示している。図４（Ａ）は、オープンループ状態の電圧帰還制御器２のゲイン−周波数特性を示し、図４（Ｂ）は、オープンループ状態の電流帰還制御器３のゲイン−周波数特性を示している。図４（Ａ）に示したオープンループ状態の電圧帰還制御器２のゲイン特性と図４（Ｂ）に示したオープンループ状態の電流帰還制御器３のゲイン特性とを掛け合わせることで、オープンループ状態のＰＷＭ帰還制御部のゲイン特性が得られる。図４（Ｃ）は、このオープンループ状態のＰＷＭ帰還制御部のゲイン−周波数特性を示している。

電流パラメータ１および２を変更することにより、図４（Ｂ）に示す特性の変化点である極ＰＬ１、ＰＬ２が、周波数方向（横軸方向）で移動する。これにより、ＰＷＭ帰還制御部のゲイン−周波数特性も、周波数に沿って移動することになり、全体として最適な特性にすることが可能である。

図５は、実施の形態１に係わるスイッチング電源の特性を説明するための特性図である。図５において、横軸は周波数を示し、左側の縦軸はゲインを示し、右側の縦軸は位相を示している。図１３と同様に、図５においても、実線はゲインの変化を示し、破線は位相の変化を示している。

図５（Ａ）は、図１３（Ｂ）と同じ特性を示している。すなわち、図５（Ａ）は、図１３（Ｂ）で説明したように、バッテリー電圧が１４（Ｖ）でスイッチング電源１００の出力電流が４（Ａ）の状態から、バッテリー電圧が２６（Ｖ）で出力電流が８（Ａ）の状態に変わったときのゲイン特性と位相特性を示している。図１３（Ｂ）で説明したように、ゲインが０（ｄＢ）を超えている周波数期間において、位相は１９０（ｄｅｇ）程度となるときが存在するため、発振状態となることが危惧される。

これに対して、実施の形態に係わるスイッチング電源１００では、バッテリー電圧Ｖｉｎおよび出力電流が変化すると、これに合わせて、電流制御パラメータ１および２が変更され、電流帰還制御器３のパタメータが書き換えられる。これにより、図４（Ｂ）に示した極ＰＬ１、ＰＬ２が移動し、スイッチング電源１００におけるＰＷＭ帰還制御部のゲイン特性および位相特性が変化する。これにより、図５（Ｂ）に示すように、ゲインが０（ｄＢ）よりも下がる周波数が、１Ｅ＋４（Ｈｚ）よりも若干高くなり、ゲインが０（ｄＢ）を超えているときの最大位相は、破線で示すように、ほぼ１５０（ｄｅｇ）である。この場合、発振条件に達していないため、スイッチング電源１００が発振することを防ぐことが可能となるとともに、スイッチング電源の性能の向上を図ることが可能である。

すなわち、バッテリー電圧Ｖｉｎの変動または／および出力電流の変化により偏差する位相を、最適な位相に近づけるようにリカバリすることが可能となる。例えば、スイッチング電源１００の出力電流は、スイッチング電源１００の負荷条件が変わることにより、変化する。この実施の形態によれば、出力電流が変化しても、動的に電流制御パラメータ１および２が書き換えられ、ＰＷＭ帰還制御部の位相を最適な値に近づけることが可能である。そのため、位相の偏差によって生じるスイッチング電源１００の出力電圧の変動の収束に掛かる時間を短くすることが可能となり、スイッチング電源１００の性能の向上を図ることが可能である。

また、この実施の形態においては、電流帰還制御器３および電圧帰還制御器２がデジタル回路によって構成されている。これらの制御器を、一般的なアナログ回路で構成することも可能であるが、回路規模等を考慮すると、実現するのは困難であり、デジタル回路によって構成することが望ましい。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。図６は、図１に類似しているので、相異点を主に説明する。

図１に示したスイッチング電源においては、パラメータ制御器１０が、バッテリー電圧Ｖｉｎおよび出力電流から一意的に、パラメータを選択し、電流帰還制御器３のパラメータを書き換えるようにしていた。これに対して、この実施の形態に係わるスイッチング電源１００においては、パラメータ制御器１０でモニターする信号が追加される。すなわち、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔにおけるリップルレベルに基づいた信号が、パラメータ制御器１０に供給される。これにより、パラメータ制御器１０は、バッテリー電圧Ｖｉｎ、出力電流およびリップルレベルに従って、パラメータを選択し、電流帰還制御器３のパラメータを書き換えることになる。

また、この実施の形態においては、パラメータ制御器１０は、リップルレベルが、所定のパラメータ設定限界を超えているか否かを検出し、超えている場合には、スイッチング電源１００を停止する。このとき、半導体装置１は、スイッチング電源１００の状態を、その外部に通知する。

図６に示した半導体装置１では、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力信号（ＰＷＭ帰還制御用出力電圧）が、出力電圧Ｖｏｕｔにおけるリップルレベルをモニターする信号として、パラメータ制御器１０に供給されている点が、図１の半導体装置１と相違する。また、図６の半導体装置１には、インタフェース回路２４が追加されている点も、図１の半導体装置１との相異点である。

Ａ／Ｄ変換回路２１は、出力電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧と目標電圧Ｖｒｅｆとの差分に従ったデジタル信号を出力する。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔにリップルが重畳すると、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力信号は、重畳したリップルレベルに従って変化することになる。

パラメータ制御器１０は、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力信号によって示されるリップルレベルに従って、パラメータを選択し、選択したパラメータで電流帰還制御器３のパラメータを書き換える。このパラメータの選択により、パラメータ１によって、電流帰還制御の
主にゲインが調整され、パラメータ１および２によって主に位相の調整が可能であり、
スイッチング電源として適切な特性が実現できる。
このとき、パラメータ制御器１０が選択するパラメータの対象は、図３に示したパラメータを細分したパラメータである。

パラメータ制御器１０が、リップルレベルに従って選択する細分パラメータを、次に説明する。ここでは、図３に示したパラメータＮｏ．＃１を例にして説明する。パラメータＮｏ．＃１の電流制御パラメータ１および２のそれぞれを、同じ間隔で、１９個（＋９〜０〜−９）に細分する。細分により得られた１９個の細分パラメータにおいて、中心の値の細分パラメータの細分パラメータＮｏ．を＃＃０とし、値の増加する方向で、細分パラメータＮｏ．を、＃＃＋１〜＃＃＋９とし、値の減少する方向で、細分パラメータＮｏ．を、＃＃−１〜＃＃−９とする。

パラメータ制御器１０には、リップルレベルに対して、所定の第１しきい値と、当該第１しきい値よりも小さい所定の第２しきい値が設定される。パラメータ制御器１０によって、電流帰還制御器３に、パラメータＮｏ．＃１のパラメータを書き込む場合を例にして説明する。初期では、パラメータ制御器１０は、細分パラメータＮｏ．＃＃０の電流制御パラメータ１および２を、電流帰還制御器３に書き込む。これにより、初期では、ＰＷＭ帰還制御部の特性は、パラメータＮｏ．＃１の中心の値に従って設定されることになる。

パラメータ制御器１０は、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力信号によって表されるリップルレベルと設定された第１しきい値とを比較し、第１しきい値を超えていた場合、パラメータ制御器１０は、細分パラメータＮｏ．を＋１し、＋１した細分パラメータを選択して、電流帰還制御器３に書き込む。すなわち、パラメータ制御器１０は、細分パラメータＮｏ．＃＃＋１を選択し、細分パラメータＮｏ．＃＃＋１の電流制御パラメータ１および２を、電流帰還制御器３に書き込む。これにより、電流帰還制御器３およびＰＷＭ帰還制御部の特性は、リップルレベルに応じて変更される。

リップルレベルが小さくなり、パラメータ制御器１０が、第２しきい値よりも低下したと判定した場合、パラメータ制御器１０は、細分パラメータＮｏ．を−１し、−１した細分パラメータを選択して、電流帰還制御器３に書き込む。すなわち、パラメータ制御器１０は、細分パラメータＮｏ．＃＃０を選択し、細分パラメータＮｏ．＃＃０の電流制御パラメータ１および２を、電流帰還制御器３に書き込む。これにより、ＰＷＭ帰還制御部の特性は、パラメータＮｏ．＃１の中心の値に従って設定されることになる。これにより、電流帰還制御器３およびＰＷＭ帰還制御部の特性は、初期の値に戻る。すなわち、リップルレベルの検出に基づいて、電流制御パラメータ１および２は、自動的に変更される。

リップルレベルが＋方向に大きくなるのに従って、パラメータ制御器１０は、細分パラメータ＃＃＋９に向かって、細分パラメータを選択し、電流帰還制御器３に書き込む。これに対して、リップルレベルが−方向に大きくなるのに従って、パラメータ制御器１０は、細分パラメータ＃＃−９に向かって、細分パラメータを選択し、電流帰還制御器３に書き込む。

リップルレベルが、＋方向または−方向に変化し、パラメータ制御器１０が、細分パラメータＮｏ．＃＃＋９または＃＃−９を超えるような細分パラメータを選択するようになった場合、パラメータ制御器１０は、パラメータ設定限界を超えたと判断し、パラメータＮｏ．＃０を選択する。パラメータＮｏ．＃０を選択し、パラメータＮＯ．＃０の電流制御パラメータ１および２を電流帰還制御器３に書き込むことにより、電流帰還制御器３およびＰＷＭ帰還制御部は動作を停止し、スイッチング電源１００は、動作を停止する。このとき、パラメータ制御器１０は、このときの状態、例えばパラメータＮｏ．＃０を選択した旨あるいはリップルレベルがパラメータ設定限界を超えた旨を、インタフェース回路２４を介して、半導体装置１の外部に通知する。半導体装置１の外部へ通知することにより、このスイッチング電源１００を用いるシステムに対して、フェイルセーフを掛けることが可能となる。

パラメータＮｏ．＃１を例にして説明したが、他のパラメータＮｏ．＃２〜＃９も同様である。

この実施の形態では、１９個の細分パラメータを例にして説明したが、この数に限定されるものではない。パラメータ設定限界も、細分パラメータＮｏ．＃＃−９または＃＃＋９に限定されるものではない。なお、細分パラメータにおける電流制御パラメータ１および２は、例えば、図３に示した電流制御パラメータ１および２に対して、１９個の状態を表すことが可能なビット数のビットを追加し、追加したビットも電流制御パラメータ１および２として、電流帰還制御器３に書き込むようにすればよい。

この実施の形態においては、上記したように第２しきい値が第１しきい値よりも小さくなっている。そのため、リップルレベルの変化に対して、より初期の状態に戻り易くなっている。これは、初期の状態がより安定であるためである。勿論、上記した第１しきい値と第２しきい値は同じであっても、あるいは第２しきい値が第１しきい値よりも大きくてもよい。

この実施の形態においては、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔにおけるリップルレベルもモニターして、ＰＷＭ帰還制御部の特性が動的に変更される。そのため、スイッチング電源１００から出力される出力電流の変化以外の負荷側の変化に対しても、スイッチング電源１００は、安定した出力電圧Ｖｏｕｔを供給することが可能となる。また、負荷側の変化が大きく、パラメータ設定限界を超えた場合には、システムに対して、フェイルセーフを掛けることが可能であり、安全性の向上を図ることが可能である。

（実施の形態３）
実施の形態１および２では、ＰＷＭ帰還制御部の結果をパラメータ制御器１０に供給することにより、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える処理に、ＰＷＭ帰還制御部の結果をフィードバックしていた。フィードバックに応答して、パラメータの書き換えを行うため、結果が反映するまでに遅延が生じ、スイッチング電源１００に不安定性が生じることが考えられる。スイッチング電源１００が不安定になり、出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になると、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔで動作しているプロセッサの動作が不安定になったり、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔで動作しているセンサの出力が不正確になることが危惧される。

この実施の形態においては、プロセッサが、イベントに対して、次に実行する処理において必要となる電流に見合った電流制御パラメータの設定を実行する。これにより、フィードバック処理ではなく、フィードフォワード処理で、電流帰還制御器３のパラメータを書き換えることが可能となり、スイッチング電源が不安定になるのを低減することが可能となる。次に、図を用いて、この実施の形態に係わるシステムを説明する。

図７は、実施の形態３に係わる電源システムの構成を示すブロック図である。同図には、スイッチング電源１００と、スイッチング電源１００からの出力電圧Ｖｏｕｔを電源電圧として動作するプロセッサ６０およびセンサ７０などの周辺デバイスとを備えた電源システム２００が示されている。プロセッサ６０は、例えばＥＣＵに設けられ、センサ７０は、例えば自動車に搭載されている。センサ７０とプロセッサ６０との間では、信号の送受信が行われる。例えば、プロセッサ６０は、センサ７０に対して車両の情報の取得を指示する信号を送信し、センサ７０によって取得された車両の情報が、信号としてプロセッサ６０に供給される。プロセッサ６０は受信した車両の情報を処理する。

スイッチング電源１００の構成は、図１に示したスイッチング電源の構成と類似しているので、相異点を主に説明する。相異点は、半導体装置１にインタフェース回路２４が追加され、パラメータ制御器１０が変更され、パラメータ制御器１０Ａとなっていることである。

パラメータ制御器１０Ａは、実施の形態１で説明したパラメータ制御器１０と同様に、Ａ／Ｄ変換回路５からのバッテリー検出信号とＡ／Ｄ変換回路６からの検出電流電圧に基づいて、パラメータＮｏ．を選択し、選択したパラメータＮｏ．の電流制御パラメータ１および２で、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える機能を備えている。さらに、パラメータ制御器１０Ａには、インタフェース回路２４を介してプロセッサ６０から電源パラメータ設定指示を受信し、受信した電源パラメータ設定指示に従って、パラメータＮｏ．を選択し、選択したパラメータＮｏ．の電流制御パラメータで、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える機能が追加されている。すなわち、パラメータ制御器１０Ａでは、電源パラメータ設定指示によって、例えば上記した図３に示したパラメータＮｏ．＃１〜＃９のいずれかが指示される（例えば、＃１が指示される）。パラメータ制御器１０Ａは、指示されたパラメータＮｏ．＃１の電流制御パラメータ１および２を、電流帰還制御器３に書き込む。

また、パラメータ制御器１０Ａは、パラメータＮｏ．＃０を選択した場合、スイッチング電源１００の動作を停止させるとともに、異常が発生したことを、インタフェース回路２４を介して、プロセッサ６０に通知する。

＜プロセッサの動作＞
図８は、実施の形態３に係わるプロセッサの動作を説明するためのフローチャート図である。プロセッサ６０は、ステップＳ１でイベント要求を受け付ける。イベントは例えばエンジンスタート、セルモータ等の電源投入がある。次に、受け付けたイベント要求に対する準備を、プロセッサ６０は、ステップＳ２で実行する。

このステップＳ２の実行において、プロセッサ６０は、動作させるセンサ７０等の周辺デバイスおよびプロセッサ６０の処理で必要となる消費電力を推定する。推定した消費電力に対応するパラメータＮｏ．を、電源パラメータ設定指示として、プロセッサ６０は、ステップＳ３において、半導体装置１に供給する。半導体装置１では、供給された電源パラメータ設定指示が、インタフェース回路２４を介して、パラメータ制御器１０Ａに供給される。パラメータ制御器１０Ａは、電源パラメータ設定指示に従って、パラメータＮｏ．を選択し、選択したパラメータＮｏ．の電流制御パラメータ１および２で、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える。

次に、ステップＳ４で、プロセッサ６０は、ステップＳ１で受け付けたイベントの処理を開始する。インベントを処理するのに、センサ７０等の周辺デバイスを起動することが必要となるため、ステップＳ５において、プロセッサ６０は、周辺デバイスを起動させる。このとき、周辺デバイス等が起動するため、スイッチング電源１００の負荷電流が増加することになるが、予め、ステップＳ３において、電流帰還制御器３のパラメータが、消費電力の増加に合わせて、最適な状態に変更されているため、ステップＳ５においても、スイッチング電源１００は、安定して動作することが可能である。

その後、ステップＳ６において、受け付けたイベントを実行する。

実施の形態３においては、予め必要なる負荷電流に対応したパラメータが、予め電流帰還制御器３に書き込まれる。すなわち、フィードフォワード処理により、電流帰還制御器３のパラメータが書き込まれる。そのため、フィードバック処理により、パラメータを書き込む場合に比べて、スイッチング電源１００は、更に安定した出力電圧を、電源電圧として電源システム２００内のプロセッサ６０および周辺デバイスへ給電することが可能であり、システムとしての性能の向上を図ることが可能である。例えばＳ１がエンジンスタートのイベント要求では、図１４に示すように、予めバッテリー電圧が低下するのをプロセッサ６０やパラメータ制御器１０Ａで予測出来るので、エンジン始動時の電源制御の乱れを防止出来る。

もし想定外の負荷、故障が発生し、パラメータ制御器１０Ａが、パラメータＮ０．＃０を選択した場合には、インタフェース回路２４を介して、エラーがプロセッサ６０に通知されるため、プロセッサ６０は異常を検知することが可能である。通知された異常に対して、プロセッサ６０は、実行中のイベントの中断もしくは電源システム２００の停止等を早期に対応することが可能となる。車載システムは、安全性が要求されるため、早期に対応が可能な電源システム２００は、車載システムとして特に有効である。

（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、電流帰還制御器３のパラメータを書き換える例を示したが、実施の形態４では、電流帰還制御器３と電圧帰還制御器２の双方のパラメータが書き換えられる。

図９は、実施の形態４に係わるスイッチング電源の構成を示すブロック図である。図９は、図１と類似しているので、相異点を主に説明する。相異点は、図１に示したパタメータ制御器１０が変更され、パラメータ制御器１０Ｂとなっていることと、電圧帰還制御器２が可変型の電圧帰還制御器に変更されていることである。

この実施の形態に係わる電圧帰還制御器２は、図２で説明した電流帰還制御器３と同様に、２つの電圧制御パラメータによって、そのゲイン−周波数特性が設定される。すなわち、２つの電圧制御パラメータを変更することにより、電圧帰還制御器２のゲイン−周波数特性を動的に変更することができる。

パラメータ制御器１０Ｂは、電流帰還制御器３に対応したテーブルと、電圧帰還制御器２に対応したテーブルとを、別々に備えている。２つのテーブルを区別するために、電流帰還制御器３に対応したテーブルは、以降、電流テーブルと称し、電圧帰還制御器３に対応したテーブルは、以降、電圧テーブルと称する。

パラメータ制御器１０Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路５からのバッテリー検出信号と、Ａ／Ｄ変換回路６からの検出電流電圧とに基づいて、電流テーブルおよび電圧テーブルからパラメータを選択し、電流テーブルから選択したパターンＮｏ．の電流制御パターン１および２で、電流帰還制御器３のパターンを書き換える。電流帰還制御器３のパターンの書き換えは、実施の形態１と同じであるため、説明は省略する。

図１０は、実施の形態４に係わる電圧テーブルを示す図である。電圧テーブルの項目は、図３に示したテーブルと同様に、５つの項目を備えており、項目として、電流制御パラメータ１および２の代わりに、電圧制御パラメータ１および２を備えている。電流制御パラメータ１および２が、電圧制御パラメータ１および２に代わっていることを除いて、電圧テーブルは、電流テーブル（図３のテーブル）と同じであるため、説明は省略する。なお、説明を容易にするために、図１０に示した電圧制御パラメータ１および２は、図３に示した電圧制御パラメータ１および２と同じ値となっているが、勿論異なる値であってもよい。

パラメータ制御器１０Ｂは、図１０に示した電圧テーブルから選択したパラメータＮｏ．の電圧制御パターン１および２で、電圧帰還制御部２のパラメータを書き換える。これにより、電圧帰還制御器２のゲイン−周波数特性が変更される。

この実施の形態によれば、電流帰還制御器３および電圧帰還制御器２の両方の特性が、動的に変更される。そのため、ＰＷＭ帰還制御部の特性を、動的により細かく変更することが可能である。

＜電流制御パラメータ１および２と電圧制御パラメータ１および２＞
ここで、電流制御パラメータ１および２と電圧制御パラメータ１および２について述べておく。

電流帰還制御器３は、出力電流のインダクタンス電流量とターゲット電流量（目標電流量）を比例処理する比例回路と、その差分を積分処理する積分回路によって構成されていると見なすことができる。このように見なした場合、比例回路は、電流制御パラメータ１によって処理ゲインが決定される。また、積分回路は、電流制御パラメータ１および２により位相が決定される。

そのため、前記したように、電流制御パラメータ１によって、電流帰還制御部３のゲインが主に調整され、電流制御パラメータ１および２によって、電流帰還制御部３の位相が主に調整される。

同様に、電圧帰還制御器２も、比例回路と積分回路によって構成されていると見なすことができる。このように見なした場合、比例回路は電圧制御パラメータ１によって処理ゲインが決定され、積分回路は電圧制御パラメータ１および２により位相が決定される。従って、電流制御パラメータ１および２と同様に、電圧制御パラメータ１によって、電圧帰還制御部２のゲインが主に調整され、電圧制御パラメータ１および２によって、電圧帰還制御部２の位相が主に調整される。

（実施の形態５）
この実施の形態においては、定常状態で、リップルレベルをモニターし、スイッチング電源１００の初期バラツキを補正する構成を説明する。初期バラツキを補正することにより、複数のスイッチング電源間で、ＰＷＭ帰還制御部の特性を均一化することが可能となる。

図１１は、実施の形態５に係わる補正テーブルを示す図である。図１１に示した補正テーブルは、図９に示したパラメータ制御器１０Ｂに設けられている。この場合、図３に示した電流テーブルの各パラメータＮｏ．ごとに、図１１に示した補正テーブルが設けられている。同様に、図１０に示した電圧テーブルの各パラメータＮｏ．ごとに、図１１に示した補正テーブルが設けられている。なお、電流テーブルの各パラメータＮｏ．ごとに設けられた補正テーブルにおいては、電圧帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃは存在しなくてもよい。同様に、電圧テーブルの各パラメータＮｏ．ごとに設けられた補正テーブルにおいては、電流帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃは存在しなくてもよい。

パラメータ制御器１０Ｂは、図３で示した電流テーブルからパラメータＮｏ．を選択して、選択したパラメータＮｏ．の電流制御パラメータ１および２を、電流帰還制御器３に書き込むが、このとき、選択したパラメータＮｏ．に対応する補正テーブルから、電流帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃを選択し、選択した電流帰還パラメータ１＿Ｃを電流制御パラメータ１とともに、電流帰還制御器３に書き込み、選択した電流帰還パラメータ２＿Ｃを電流制御パラメータ２とともに、電流帰還制御器３に書き込む。この選択した電流帰還パラメータ１＿Ｃは、電流制御パラメータ１の補正パラメータとして機能し、電流帰還パラメータ２＿Ｃは、電流制御パラメータ２の補正パラメータとして機能する。

同様に、パラメータ制御器１０Ｂは、図１０で示した電圧テーブルからパラメータＮｏ．を選択して、選択したパラメータＮｏ．の電圧制御パラメータ１および２を、電圧帰還制御器２に書き込むが、このとき、選択したパラメータＮｏ．に対応する補正テーブルから、電圧帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃを選択し、選択した電圧帰還パラメータ１＿Ｃを電圧制御パラメータ１とともに、電圧帰還制御器２に書き込み、選択した電圧帰還パラメータ２＿Ｃを電圧制御パラメータ２とともに、電圧帰還制御器２に書き込む。この選択した電圧帰還パラメータ１＿Ｃは、電圧制御パラメータ１の補正パラメータとして機能し、電圧帰還パラメータ２＿Ｃは、電圧制御パラメータ２の補正パラメータとして機能する。

補正テーブルは、補正値ごとに、電流帰還パラメータ１＿Ｃ、２＿Ｃおよび電圧帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃが設定される。図１１の例では、補正値として、−９％、−６％、−３％、Ｄｅｆａｕｌｔ、＋３％、＋６％および＋９％が設定され、それぞれの電流帰還パラメータと電圧帰還パラメータが設定されている。補正テーブルからの電流帰還パラメータおよび電圧帰還パラメータの選択は、特に制限されないが、補正値を選択することにより行う。

電流テーブルからパラメータＮｏ．を選択したときに、どの補正値を選択するかは、例えば、次に説明するようにリップルレベルをモニターすることにより行う。

すなわち、所定の条件のときに、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖｏｕｔにおけるリップルレベルが、目標レベル以内に納まるように、補正値を選択する。例えば、電流テーブルのパラメータＮｏ．＃１で述べると、パラメータＮＯ．＃１の電流制御パラメータ１および２と、補正値がＤｅｆａｕｌｔの電流帰還パラメータ１＿Ｃおよび２＿Ｃを電流帰還制御器３に書き込み、リップルレベルを測定する。測定の結果、リップルレベルが、目標レベル以内に入っていれば、以後は、補正値としてＤｅｆａｕｌｔを選択する。これに対して、測定の結果、リップルレベルが目標レベル以内に入っていない場合には、補正値を変更して、リップルレベルを測定する。以降同様な動作を繰り返して、リップルレベルが目標レベル以内に入る補正値を定める。以降、スイッチング電源１００において、パラメータＮｏ．＃１が選択されたときには、補正テーブルから、目標レベル以内に入ったときの補正値を選択する。

電流テーブルのパラメータＮｏ．＃２〜＃９のそれぞれに対応する補正テーブルおよび電圧テーブルのパラメータＮｏ．＃１〜＃９のそれぞれに対応する補正テーブルにおいても同様にして、選択する。選択した補正値は、以降、スイッチング電源１００において、対応するパラメータＮｏ．が選択されたとき、電流帰還制御器３および電圧帰還制御器２に書き込まれる。

上記したリップルレベルを用いた補正値の選択は、例えば半導体装置１を生産する段階で実行する。これにより、複数の半導体装置１間でのＰＷＭ帰還制御部の特性をトリミングして、バラツキを低減することが可能となる。

＜変形例＞
半導体装置１を生産する段階で、補正値を選択する場合を説明した。半導体装置の特性は、経年変化する。経年変化により、リップルレベルが目標レベル以内から外れたとき、上記した補正値の選択を実施する。

例えば、セルモーターの起動時（半導体装置１の起動時）のタイミングで、リップルレベルが目標レベル以内に収まるように上記と同様な動作を実行してもよい。

電流テーブルおよび電圧テーブルにおける各パラメータＮｏ．ごとに、図１１に示したテーブルを設ける例を説明したが、これに限定されない。すなわち、各パラメータＮｏ．に対して、補正レジスタを設け、選択した補正値の電流帰還パラメータ１＿Ｃ、２＿Ｃおよび電圧帰還パラメータ１＿Ｃ、２＿Ｃを格納するようにしてもよい。この場合には、各パラメータＮｏ．ごとに補正テーブルを設けなくて済むため、半導体装置１の小型化を図ることが可能である。

（実施の形態６）
実施の形態１〜５では、パラメータ制御器１０（１０Ａ、１０Ｂ）に電流テーブル（電圧テーブル）を設け、これらのテーブルにパラメータを設定する例を説明した。

この実施の形態においては、実施の形態１〜５において、テーブルが、パラメータ制御器１０に設けられた複数の内部レジスタによって構成され、プロセッサ６０Ａが、パラメータを複数の内部レジスタに格納する。

図１２は、実施の形態６に係わる電源システムの構成を示す図である。電源システムは、図７に示したように、複数の回路ブロックを備えているが、図１２には、説明に必要なパラメータ制御器１０Ａとプロセッサ６０のみが示されている。パラメータ制御器１０Ａは、電流テーブルを構成する複数の内部レジスタを備えている。図１２では、複数の内部レジスタのうち、内部レジスタ１０―１および１０―２が代表として描かれている。

プロセッサ１０は、電流パラメータ１および２を、インタフェース回路２４（図７）を介して、内部レジスタ１０―１、１０−２に書き込む。パラメータ制御器１０Ａは、電流帰還制御器３の特性を変更するとき、内部レジスタ１０―１、１０―２に書き込まれている電流パラメータ１および２を読み出して、電流帰還制御器３に書き込む。なお、プロセッサ６０は、スイッチング電源１００において、ＰＷＭ帰還制御部の特性を変更する前に、内部レジスタ１０―１、１０―２に、電流パラメータを書き込むことになる。

ここでは、電流テーブルを例にして説明したが、電圧テーブルおよび補正テーブルも同様である。

＜変形例＞
変形例においては、パラメータ制御器１０Ａが、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリ）を備える。プロセッサ６０Ａ等によって、パラメータ制御器１０Ａ内の不揮発性メモリに電流パラメータを書き込む。これにより、半導体装置１に電源電圧（例えばバッテリー電圧Ｖｉｎ）が給電されていない状態から、給電された状態に以降したときから、動的にＰＷＭ帰還制御部の特性を変更することが可能となる。勿論、この場合、電圧テーブルおよび補正テーブルも同様に、不揮発性メモリによって構成してもよい。

実施の形態１〜３においては、電流制御パラメータ１および２を例にして説明したが、電流制御パラメータ１および２の代わりに電圧制御パラメータ１および２を用いるようにしてもよい。

本明細書においては、電流帰還制御器３に係わるパラメータを第１パラメータと称し、電圧帰還制御器２に係わるパラメータを第２パラメータと称することがある。例えば、電流制御パラメータ１および２を纏めて、第１パラメータと称し、電圧制御パラメータ１および２を纏めて、第２パラメータと称することがある。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１ 半導体装置
２ 電圧帰還制御器
３ 電流帰還制御器
４ ＤＰＷＭ
１０、１０Ａ、１０Ｂ パラメータ制御器
３０ バッテリー
１００ スイッチング電源
２００ 電源システム
Ｖｉｎ バッテリー電圧
Ｖｏｕｔ 電源電圧

Claims (20)

1. バッテリー電圧が供給されるスイッチと、前記スイッチを制御するＰＷＭ帰還制御部とを備える電源回路の電源電圧安定化方法であって、
   前記ＰＷＭ帰還制御部は、前記電源回路から出力される電源電圧に基づいて制御を行う電圧帰還制御器と、前記電源回路から出力される電流に基づいて制御を行う電流帰還制御器とを備え、
   前記バッテリー電圧の変動または／および前記電源回路の負荷条件の変化を検出し、
   検出の結果に従って、前記ＰＷＭ帰還制御部の帯域を、動的に変更する、電源電圧安定化方法。
2. 請求項１に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記検出は、前記バッテリー電圧または／および前記電源回路の出力電流に基づいて行う、電源電圧安定化方法。
3. 請求項２に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電流帰還制御器は、第１パラメータに従って特性が変化する可変型の電流帰還制御器であり、前記検出の結果に従って前記第１パラメータが変更される、電源電圧安定化方法。
4. 請求項３に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電源回路は、互いに異なる複数の第１パラメータを予め格納し、前記検出の結果に従って、前記複数の第１パラメータから、前記電流帰還型制御器に供給する第１パラメータを選択する、電源電圧安定化方法。
5. 請求項２または３に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電圧帰還制御器は、第２パラメータに従って特性が変化する可変型の電圧帰還制御器であり、前記検出の結果に従って前記第２パラメータが変更される、電源電圧安定化方法。
6. 請求項４に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電源回路は、互いに異なる複数の第２パラメータを予め格納し、前記検出の結果に従って、前記複数の第２パラメータから、前記電圧帰還型制御器に供給する第２パラメータを選択する、電源電圧安定化方法。
7. 請求項５に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電源回路から出力される電源電圧のリップルレベルを検出し、前記電流帰還制御器の特性を定める前記第１パラメータまたは／および前記電圧帰還制御部の特性を定める前記第２パラメータを変更する、電源電圧安定化方法。
8. 請求項７に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記電源電圧のリップルレベルの検出の結果に従って、前記第１パラメータまたは／および前記第２パラメータは、自動的に変更される、電源電圧安定化方法。
9. 請求項５に記載の電源電圧安定化方法において、
   前記第１パラメータおよび第２パタメータのそれぞれは、ゲインを定めるパラメータと位相を定めるパラメータを備える、電源電圧安定化方法。
10. 出力電圧と目標電圧との差に従ったパルス幅信号を出力するパルス幅変調器と、
    電圧帰還制御器と、
    第１パラメータに従って、その特性が変更される可変型の電流帰還制御器と、
    互いに異なる複数の第１パラメータが予め設定されたパラメータ制御器と、
    を備え、
    前記パルス幅信号によって制御されるスイッチに供給されるバッテリー電圧に基づいたバッテリー検出信号および前記スイッチを介して出力される電流に基づいた電流検出信号に従って、前記パラメータ制御器は、予め設定されている前記複数の第１パラメータから、第１パラメータを選択し、前記電流帰還制御器に設定する、半導体装置。
11. 請求項１０に記載の半導体装置において、
    前記電圧帰還制御器は、第２パラメータに従って、その特性が変更される可変型の電圧帰還制御器であり、
    前記パラメータ制御器は、互いに異なる複数の第２パラメータが予め設定され、前記パラメータ制御器は、予め設定されている前記複数の第２パラメータから、第２パラメータを選択し、前記電圧帰還制御器に設定する、半導体装置。
12. 請求項１１に記載の半導体装置において、
    前記電圧帰還制御器には、前記スイッチを介したバッテリー電圧に基づいた前記出力電圧と目標電圧の差分が供給され、
    前記電流帰還制御器には、前記電流検出信号と、前記電圧帰還制御器の出力との差分が供給され、
    前記パルス幅変調器は、前記電流帰還制御器の出力に従ったパルス幅信号を出力する、半導体装置。
13. 請求項１２に記載の半導体装置において、
    前記第１パラメータおよび第２パタメータのそれぞれは、ゲインを定めるパラメータと位相を定めるパラメータを備える、半導体装置。
14. 請求項１３に記載の半導体装置において、
    前記パラメータ制御器に接続され、半導体装置の外部と前記パラメータ制御器との間で信号のインタフェースを行うインタフェース回路を、さらに備える、半導体装置。
15. 請求項１４に記載の半導体装置において、
    前記電流帰還制御器、電圧帰還制御器、前記スイッチおよび前記インタフェース回路は、１つの半導体チップに形成されている、半導体装置。
16. 半導体装置と前記半導体装置に接続されたプロセッサとを備えた電源システムであって、
    前記半導体装置は、
    出力電圧と目標電圧との差に従ったパルス幅信号を出力するパルス幅変調器と、
    電圧帰還制御器と、
    第１パラメータに従って、その特性が変更される可変型の電流帰還制御器と、
    前記第１パラメータを前記電流帰還制御器に設定するパラメータ制御器と、
    前記パラメータ制御器と前記プロセッサとに接続されるインタフェース回路と、
    を備え、
    前記パルス幅信号によって制御されるスイッチに供給されるバッテリー電圧に基づいたバッテリー検出信号および前記スイッチを介して出力される電流に基づいた電流検出信号に従って、前記パラメータ制御器は、前記第１パラメータを、前記電流帰還制御器に設定する、電源システム。
17. 請求項１６に記載の電源システムにおいて、
    前記電圧帰還制御器は、第２パラメータに従って、その特性が変更される可変型の電圧帰還制御器であり、
    前記パラメータ制御器は、前記第２パラメータを、前記電圧帰還制御器に設定する、電源システム。
18. 請求項１６に記載の電源システムにおいて、
    前記パラメータ制御器は、前記プロセッサからの指示に従った第１パラメータを、前記電流帰還制御器に設定する、電源システム。
19. 請求項１８に記載の電源システムにおいて、
    前記電圧帰還制御器には、前記スイッチを介したバッテリー電圧に基づいた前記出力電圧と目標電圧の差分が供給され、
    前記電流帰還制御器には、前記電流検出信号と、前記電圧帰還制御器の出力との差分が供給され、
    前記パルス幅変調器は、前記電流帰還制御器の出力に従ったパルス幅信号を出力する、電源システム。
20. 請求項１７に記載の電源システムにおいて、
    前記第１パラメータおよび第２パタメータのそれぞれは、ゲインを定めるパラメータと位相を定めるパラメータを備える、電源システム。
    
    

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