JP7200901B2

JP7200901B2 - 電源装置

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Publication number: JP7200901B2
Application number: JP2019183123A
Authority: JP
Inventors: 健一渡辺
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-10-03
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Description

本発明は、複数のレギュレータが並列接続されている電源装置に関する。

例えば特許文献１には、電源からの入力電圧を目標出力電圧に電圧変換して出力側に接続される負荷へ出力するレギュレータを複数有し、複数のレギュレータが並列接続されている電源装置が開示されている。このように、複数のレギュレータを並列接続することにより、各レギュレータの負担が軽減されるとともに、各レギュレータの大型化を抑えつつも、大電流を負荷に出力することが可能となる。

特開２０１７－１０３８６９号公報

しかしながら、各レギュレータからの出力電圧には、各レギュレータの個体差に起因したバラツキが生じる。このため、出力電圧が高いレギュレータは、出力電圧が低いレギュレータよりも多くの電流を負荷に出力することになり、出力電圧の高いレギュレータの発熱量が大きくなってしまう虞がある。したがって、各レギュレータからの出力電圧の差を極力小さくすることにより、各レギュレータからの出力電流の差を小さくし、各レギュレータの発熱量のアンバランスを抑えることが望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、各レギュレータの発熱量のアンバランスを抑えることができる電源装置を提供することにある。

上記課題を解決する電源装置は、電源からの入力電圧を目標出力電圧に電圧変換して出力側に接続される負荷へ出力するレギュレータを複数有し、前記複数のレギュレータが並列接続されている電源装置であって、出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能である通常モードと、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とする補正モードと、に前記レギュレータの動作を切り替え可能なモード切替部と、前記レギュレータからの出力電流が流れているか否かを判定する判定部と、前記レギュレータの前記目標出力電圧を設定する目標出力電圧設定部と、を備え、前記モード切替部は、前記複数のレギュレータのうちの少なくとも一つを補正対象とし、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記通常モードから前記補正モードに切り替え、前記判定部によって前記補正モードに切り替えられた前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていないと判定された場合には、前記目標出力電圧設定部は、前記補正対象であるレギュレータの前記目標出力電圧を上げる補正を行い、当該補正を行った結果、前記判定部によって前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていると判定された場合、前記モード切替部は、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記補正モードから前記通常モードに切り替えるとともに、前記判定部によって前記補正モードに切り替えられた前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていると判定された場合には、前記目標出力電圧設定部は、前記補正対象であるレギュレータの前記目標出力電圧を下げる補正を行い、当該補正を行った結果、前記判定部によって前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていないと判定された場合、前記モード切替部は、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記補正モードから前記通常モードに切り替える。

これによれば、補正後のレギュレータからの出力電圧が、補正モードに切り替わる前の出力電圧よりも高い電圧になったり、低い電圧となったりするため、その他のレギュレータからの出力電圧との差が小さくなる。その結果、各レギュレータからの出力電流の差を容易に小さくすることができる。

ここで、例えば、各レギュレータが、通常モードにおいて、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とするレギュレータとしてそれぞれ動作する場合を考える。この場合、例えば、負荷に出力される出力電流は、出力電圧が最も高いレギュレータからの出力電流と等しくなってしまう。したがって、各レギュレータからの出力電圧の補正を行ったとしても、出力電圧が最も高いレギュレータのみが電流を出力することになるため、出力電圧が最も高いレギュレータの発熱量が、その他のレギュレータの発熱量に比べて極端に大きくなってしまう。

そこで、各レギュレータは、通常モードにおいて、出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能であるレギュレータとして動作する。このため、負荷に出力される出力電流は、各レギュレータからの出力電流の和になる。したがって、各レギュレータからの出力電流の差が小さくなることにより、各レギュレータの発熱量のアンバランスを抑えることができる。

上記電源装置において、前記レギュレータは、直列に接続される上アームトランジスタ及び下アームトランジスタを有し、前記モード切替部によって、前記補正対象であるレギュレータの動作が前記通常モードから前記補正モードに切り替えられたときには、前記補正対象であるレギュレータの前記下アームトランジスタはオフとされ、前記モード切替部によって、前記補正対象であるレギュレータの動作が前記補正モードから前記通常モードに切り替えられたときには、前記補正対象であるレギュレータの前記上アームトランジスタ及び下アームトランジスタはオンオフ動作が行われるとよい。

このような構成は、出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能である通常モードと、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とする補正モードと、を実現する構成として好適である。

上記電源装置において、前記レギュレータは、平滑回路を有するスイッチングレギュレータであるとよい。
上記電源装置において、前記レギュレータは、シリーズレギュレータであるとよい。

上記電源装置において、前記モード切替部は、前記負荷が軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記通常モードから前記補正モードに切り替えるとよい。

「負荷の軽負荷状態」とは、複数のレギュレータのうちの少なくとも１つが補正モードに切り替わっているときに、複数のレギュレータのうち、電源装置の出力電流と等しい出力電流を流すレギュレータで過電流や過電圧が発生することが無い負荷の状態をいう。これによれば、モード切替部は、負荷が軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、補正対象であるレギュレータを、通常モードから補正モードに切り替えているため、出力電圧が最も高いレギュレータの負担が過度に大きくなることを抑えることができる。

この発明によれば、各レギュレータの発熱量のアンバランスを抑えることができる。

実施形態における電源装置を示す回路図。（ａ）及び（ｂ）は電流の流れを説明するための回路図、（ｃ）は三角波の電流波形を示すグラフ。（ａ）及び（ｂ）は電流の流れを説明するための回路図、（ｃ）は三角波の電流波形を示すグラフ。制御装置の制御を説明するためのフローチャート。

以下、電源装置を具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
図１に示すように、電源装置１０は、レギュレータである第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１を有している。したがって、電源装置１０は、レギュレータを複数有している。第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、電源Ｂ１からの入力電圧Ｖｉｎを予め設定された目標出力電圧に電圧変換して出力側に接続される負荷ＬＤへ出力する。第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、並列接続されている。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、非絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、降圧型スイッチングレギュレータである。なお、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、互いに同じ構成である。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、正極端子３１、負極端子３２、及び出力端子３３をそれぞれ有している。各正極端子３１は、電源Ｂ１の正極に接続されている。各負極端子３２は、電源Ｂ１の負極に接続されている。そして、第１レギュレータ１１は、電源Ｂ１から正極端子３１に印加された入力電圧Ｖｉｎを降圧して、出力端子３３から出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。第２レギュレータ２１は、電源Ｂ１から正極端子３１に印加された入力電圧Ｖｉｎを降圧して、出力端子３３から出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、直列に接続される上アームトランジスタ及び下アームトランジスタを有する。本実施形態の第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、スイッチングレギュレータであり、上アームトランジスタとしての駆動用スイッチング素子３４、下アームトランジスタとしての同期整流素子３５、及び平滑回路３０をそれぞれ有している。本実施形態では、駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであるが、トランジスタであればよく、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやバイポーラトランジスタでもよい。駆動用スイッチング素子３４のドレインは、正極端子３１に接続されている。駆動用スイッチング素子３４のソースは、同期整流素子３５のドレインに接続されている。同期整流素子３５のソースは、負極端子３２に接続されている。したがって、駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５は、電源Ｂ１に直列接続されている。

駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５は、ボディダイオード３４ａ，３５ａを各々備える。
第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、制御装置３８をそれぞれ有している。制御装置３８は、例えば、マイクロコンピュータを主体として構成される。制御装置３８が実行する処理は、例えば、制御装置３８の記憶部３８ａに記憶された処理をＣＰＵが実行することにより行われる。なお、制御装置３８が実行する処理は、例えば、専用の電子回路によるハードウェア処理によって行われてもよい。

制御装置３８は、駆動用スイッチング素子３４のゲート及び同期整流素子３５のゲートに接続されている。本実施形態の制御装置３８は、目標の出力電圧を得るための基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と出力電圧を分圧したフィードバック電圧Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２とに基づいてパルス信号を生成する。パルス信号は、矩形波の信号である。

制御装置３８は、生成したパルス信号を駆動用スイッチング素子３４のゲート及び同期整流素子３５のゲートへ出力して、駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５のオンオフ動作（スイッチング動作）の制御を行う。駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５は、制御装置３８から送信されるパルス信号により、オンオフ動作を行う。

平滑回路３０は、インダクタ３６とコンデンサ３７とを有しており、直列接続された駆動用スイッチング素子３４と同期整流素子３５との中点と出力端子３３との間に設けられている。

詳述すると、インダクタ３６の一端は、駆動用スイッチング素子３４のソースと同期整流素子３５のドレインに接続されるとともに、インダクタ３６の他端は、出力端子３３に接続されている。コンデンサ３７の一端は、インダクタ３６の他端と出力端子３３に接続されている。コンデンサ３７の他端は、同期整流素子３５のソース、ボディダイオード３５ａのアノード及び負極端子３２に接続されている。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、一対の分圧抵抗３９ａ，３９ｂをそれぞれ有している。分圧抵抗３９ａの一端は、インダクタ３６の他端、コンデンサ３７の一端及び出力端子３３に接続されている。分圧抵抗３９ａの他端は、分圧抵抗３９ｂの一端に接続されている。分圧抵抗３９ｂの他端はグランドに接続されている。制御装置３８は、分圧抵抗３９ａと分圧抵抗３９ｂとの間に接続されている。

第１レギュレータ１１の一対の分圧抵抗３９ａ，３９ｂは、出力端子３３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１を分圧してフィードバック電圧Ｖｆｂ１を生成する。フィードバック電圧Ｖｆｂ１は、第１レギュレータ１１の制御装置３８に出力される。そして、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、フィードバック電圧Ｖｆｂ１と、予め設定されている第１レギュレータ１１の基準電圧Ｖｒｅｆ１とが等しくなるように、第１レギュレータ１１の駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５のオンオフ動作を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔ１を生成する。

基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第１レギュレータ１１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標出力電圧となるように設定されている。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆ１を補正することは、目標出力電圧を補正することといえる。したがって、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、第１レギュレータ１１の目標出力電圧を設定する目標出力電圧設定部として機能する。

第２レギュレータ２１の一対の分圧抵抗３９ａ，３９ｂは、出力端子３３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ２を分圧してフィードバック電圧Ｖｆｂ２を生成する。フィードバック電圧Ｖｆｂ２は、第２レギュレータ２１の制御装置３８に出力される。そして、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、フィードバック電圧Ｖｆｂ２と、予め設定されている第２レギュレータ２１の基準電圧Ｖｒｅｆ２とが等しくなるように、第２レギュレータ２１の駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５のオンオフ動作を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔ２を生成する。

基準電圧Ｖｒｅｆ２は、第２レギュレータ２１の出力電圧Ｖｏｕｔ２が目標出力電圧となるように設定されている。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆ２を補正することは、目標出力電圧を補正することといえる。したがって、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、第２レギュレータ２１の目標出力電圧を設定する目標出力電圧設定部として機能する。

第１レギュレータ１１の出力端子３３は、第１抵抗Ｒ１を介して負荷ＬＤに接続されている。第２レギュレータ２１の出力端子３３は、第２抵抗Ｒ２を介して負荷ＬＤに接続されている。詳述すると、第１レギュレータ１１の出力端子３３は、第１抵抗Ｒ１の一端に接続され、第２レギュレータ２１の出力端子３３は、第２抵抗Ｒ２の一端に接続されている。そして、第１抵抗Ｒ１の他端と第２抵抗Ｒ２の他端とが接続されるとともに、第１抵抗Ｒ１の他端と第２抵抗Ｒ２の他端との接続点Ｃ１が負荷ＬＤに接続されている。つまり、第１レギュレータ１１と第２レギュレータ２１とは、並列接続され負荷ＬＤに接続されている。なお、本実施形態では、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒはそれぞれ同じである。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、電流センサ４０をそれぞれ有している。電流センサ４０は、インダクタ３６の他端とコンデンサ３７の一端との間に設けられている。第１レギュレータ１１の電流センサ４０は、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１を検出する。第２レギュレータ２１の電流センサ４０は、第２レギュレータ２１の出力電流Ｉｏｕｔ２を検出する。各電流センサ４０は、各制御装置３８にそれぞれ電気的に接続されている。第１レギュレータ１１の電流センサ４０により検出された出力電流Ｉｏｕｔ１の情報は、第１レギュレータ１１の制御装置３８に送信される。第２レギュレータ２１の電流センサ４０により検出された出力電流Ｉｏｕｔ２の情報は、第２レギュレータ２１の制御装置３８に送信される。

第１レギュレータ１１の制御装置３８には、第１レギュレータ１１の動作を通常モードと補正モードとに切り替え可能なプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。したがって、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、第１レギュレータ１１の動作を通常モードと補正モードとに切り替え可能なモード切替部として機能する。また、第２レギュレータ２１の制御装置３８には、第２レギュレータ２１の動作を通常モードと補正モードとに切り替え可能なプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。したがって、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、第２レギュレータ２１の動作を通常モードと補正モードとに切り替え可能なモード切替部として機能する。

まず、通常モードのときの第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１の動作について、図２を使って説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、各制御装置３８は、通常モードのときには、駆動用スイッチング素子３４がオンオフ動作を行うように駆動用スイッチング素子３４の駆動を制御するとともに、同期整流素子３５がオンオフ動作を行うように同期整流素子３５の駆動を制御する。したがって、通常モードのときには、同期整流素子３５のオンオフ動作が行われる。通常モードでは、駆動用スイッチング素子３４がオンのときには、同期整流素子３５がオフとなり、駆動用スイッチング素子３４がオフのときには、同期整流素子３５がオンとなる。

フィードバック電圧Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２が、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２よりも低い場合は、図２（ａ）に示すように、駆動用スイッチング素子３４をオンとし、且つ同期整流素子３５をオフとする。この場合、図２（ａ）において矢印ａ１で示すように、電源Ｂ１から正極端子３１及び駆動用スイッチング素子３４を通じてインダクタ３６に電流が流れ、インダクタ３６及びコンデンサ３７によって平滑化され、出力端子３３から出力される。

フィードバック電圧Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２が、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２よりも高い場合は、図２（ｂ）に示すように、駆動用スイッチング素子３４をオフとし、且つ同期整流素子３５をオンとする。この場合、図２（ｂ）において矢印ｂ１で示すように、出力側からの電流の引き込みが行われ、インダクタ３６に対して電流が逆流する。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１が、通常モードで動作しており、負荷ＬＤが、インダクタ３６に流れる電流が０Ａ近傍となる軽負荷状態もしくは無負荷状態である場合には、接続点Ｃ１での電流波形は、図２（ｃ）に示すように、０Ａを跨いでマイナス側にも変化する連続モードとなる。つまり、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、通常モードでは、出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能である同期整流方式のレギュレータとして動作する。

次に、補正モードのときの第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１の動作について、図３を使って説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、各制御装置３８は、通常モードから補正モードに切り替えられると、同期整流素子３５が常にオフとなるように同期整流素子３５の駆動を制御する。したがって、制御装置３８によって通常モードから補正モードに切り替えられたときには、同期整流素子３５は常時オフである。

フィードバック電圧Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２が、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２よりも低い場合は、図３（ａ）に示すように、駆動用スイッチング素子３４をオンとする。この場合、図３（ａ）において矢印ａ１１で示すように、電源Ｂ１から正極端子３１及び駆動用スイッチング素子３４を通じてインダクタ３６に電流が流れ、インダクタ３６及びコンデンサ３７によって平滑化され、出力端子３３から出力される。

フィードバック電圧Ｖｆｂ１，Ｖｆｂ２が、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２よりも高い場合は、図３（ｂ）に示すように、駆動用スイッチング素子３４をオフとする。同期整流素子３５がオフされているため、通常モードのような出力側からの電流の引き込みが行われない。

第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１が、補正モードで動作しており、負荷ＬＤが、インダクタ３６に流れる電流が０Ａ近傍となる軽負荷状態もしくは無負荷状態である場合には、接続点Ｃ１での電流波形は、図３（ｃ）に示すように、０Ａを跨いでマイナス側には変化しない不連続モードとなる。つまり、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、補正モードでは、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とするダイオード整流方式（非同期整流方式）のレギュレータとして動作する。

図１に示すように、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、第１レギュレータ１１の電流センサ４０によって電流が検出された場合、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていると判定する。一方、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、第１レギュレータ１１の電流センサ４０によって電流が検出されない場合、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていないと判定する。したがって、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れているか否かを判定する判定部としても機能する。

第２レギュレータ２１の制御装置３８は、第２レギュレータ２１の電流センサ４０によって電流が検出された場合、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れていると判定する。一方、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、第２レギュレータ２１の電流センサ４０によって電流が検出されない場合、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れていないと判定する。したがって、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れているか否かを判定する判定部としても機能する。

負荷ＬＤは、監視システム４１によって、負荷ＬＤの負荷状態が監視されている。監視システム４１は、第１レギュレータ１１の制御装置３８及び第２レギュレータ２１の制御装置３８と通信可能に構成されている。そして、負荷ＬＤの負荷状態に関する情報は、監視システム４１から第１レギュレータ１１の制御装置３８及び第２レギュレータ２１の制御装置３８にそれぞれ送信される。

第１レギュレータ１１の制御装置３８には、監視システム４１から制御装置３８に送信される負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態である旨の情報を受信すると、補正対象である第１レギュレータ１１の動作を通常モードから補正モードに切り替えるプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。したがって、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、負荷ＬＤが軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、補正対象である第１レギュレータ１１の動作を通常モードから補正モードに切り替える。

同様に第２レギュレータ２１の制御装置３８には、監視システム４１から制御装置３８に送信される負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態である旨の情報を受信すると、補正対象である第２レギュレータ２１の動作を通常モードから補正モードに切り替えるプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。したがって、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、負荷ＬＤが軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、補正対象である第２レギュレータ２１の動作を通常モードから補正モードに切り替える。

第１レギュレータ１１の制御装置３８の補正対象であるレギュレータは、第１レギュレータ１１であり、第２レギュレータ２１の制御装置３８の補正対象であるレギュレータは、第２レギュレータ２１である。

制御装置３８には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の動作を通常モードから補正モードに切り替えた後、補正対象であるレギュレータ１１，２１からの出力電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２が流れていないと判定した場合には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の目標出力電圧を上げる補正を行うためのプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。そして、制御装置３８には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の目標出力電圧を上げる補正を行った結果、補正対象であるレギュレータ１１，２１からの出力電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２が流れていると判定された場合、補正対象であるレギュレータ１１，２１の動作を補正モードから通常モードに切り替えるプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。

また、制御装置３８には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の動作を通常モードから補正モードに切り替えた後、補正対象であるレギュレータ１１，２１からの出力電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２が流れていると判定した場合には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の目標出力電圧を下げる補正を行うためのプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。そして、制御装置３８には、補正対象であるレギュレータ１１，２１の目標出力電圧を下げる補正を行った結果、補正対象であるレギュレータ１１，２１からの出力電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２が流れていないと判定された場合、補正対象であるレギュレータ１１，２１の動作を補正モードから通常モードに切り替えるプログラムが記憶部３８ａに予め記憶されている。

次に、上記実施形態の作用について図４を使って説明する。
第１レギュレータ１１の構成と第２レギュレータ２１の構成とが同じであったとしても、第１レギュレータ１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２レギュレータ２１からの出力電圧Ｖｏｕｔ２は、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１それぞれの個体差に起因したバラツキが生じる。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２が製造バラツキによって変わると、設計時に目標とした出力電圧を出力できなくなる。ここでは、第２レギュレータ２１からの出力電圧Ｖｏｕｔ２が第１レギュレータ１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１よりも高い場合について説明する。

この場合、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１と、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２との差ΔＩは、ΔＩ＝Ｉｏｕｔ２－Ｉｏｕｔ１である。また、第１レギュレータ１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１と、第２レギュレータ２１からの出力電圧Ｖｏｕｔ２との差ΔＶは、ΔＶ＝Ｖｏｕｔ２－Ｖｏｕｔ１である。ここで、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒがそれぞれ同じであるとすると、ΔＩ＝ΔＶ／２Ｒの関係から、ΔＶの値を小さくすれば、ΔＩの値が小さくなることが分かる。つまり、第１レギュレータ１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１と、第２レギュレータ２１からの出力電圧Ｖｏｕｔ２との差ΔＶが小さくなれば、結果として、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１と、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２との差ΔＩが小さくなる。

なお、本実施形態では、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１の動作は、初期状態において通常モードに設定されているものとし、第１レギュレータ１１の補正と第２レギュレータ２１の補正は同時に行われるものとする。

最初に、第１レギュレータ１１の補正について図４を使って説明する。
まず、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態であるか否かを判定する。第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態ではないと判定すると、ステップＳ１１に戻り、軽負荷状態もしくは無負荷状態と判定されるまでステップＳ１１を繰り返す。

第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態であると判定すると、ステップＳ１２に移行する。そして、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１２において、第１レギュレータ１１を通常モードから補正モードに切り替える。

次に、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１３において、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れているか否かを判定する。このとき、第１レギュレータ１１は、補正モードに切り替わっているため、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とするダイオード整流方式のレギュレータとして動作している。

第２レギュレータ２１からの出力電圧Ｖｏｕｔ２が第１レギュレータ１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１よりも高く、第１レギュレータ１１の動作が補正モードであるため、接続点Ｃ１における出力電流Ｉｏｕｔは、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２と等しくなる。もし、第１レギュレータ１１の制御装置３８が、第１レギュレータ１１のフィードバック電圧Ｖｆｂ１が、基準電圧Ｖｒｅｆ１より高くても最小のデューティーで駆動用スイッチング素子３４をオンとする機能を有している場合には、第１レギュレータ１１の出力電流Ｉｏｕｔ１も若干流れる。しかし、本実施形態の第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、フィードバック電圧Ｖｆｂ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高い場合は、駆動用スイッチング素子３４をオフとする。このため、第１レギュレータ１１の出力電流Ｉｏｕｔ１は零となり、接続点Ｃ１における出力電流Ｉｏｕｔは、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２と等しくなる。

ここで、本実施形態では、制御装置３８は、負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、第１レギュレータ１１を通常モードから補正モードに切り替えているため、第２レギュレータ２１の負担が過度に大きくなることが抑えられている。「負荷ＬＤの軽負荷状態」とは、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１のうちの少なくとも一方が補正モードに切り替わっているときに、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１のうち、電源装置１０の接続点Ｃ１に流れる出力電流Ｉｏｕｔと等しい出力電流を流すレギュレータで過電流や過電圧が発生することが無い負荷の状態をいう。

したがって、第１レギュレータ１１の電流センサ４０によって出力電流Ｉｏｕｔ１は検出されないため、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１３において、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていないと判定し、ステップＳ１４に移行する。第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１４において、第１レギュレータ１１の目標出力電圧を上げる補正を行う。本実施形態では、現在、制御装置３８の記憶部３８ａに記憶されている基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高い値に基準電圧Ｖｒｅｆ１を補正し、制御装置３８の記憶部３８ａに記憶する。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第１レギュレータ１１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標出力電圧となるように設定されているため、基準電圧Ｖｒｅｆ１が高くなるように補正することは、第１レギュレータ１１の目標出力電圧を上げる補正を行っているといえる。

そして、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１５において、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れているか否かを判定する。第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１５において、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていないと判定すると、ステップＳ１４の処理に戻り、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れるまでステップＳ１４とステップＳ１５を繰り返す。

一方、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１５において、第１レギュレータ１１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていると判定すると、ステップＳ１６に移行する。そして、第１レギュレータ１１の制御装置３８は、ステップＳ１６において、第１レギュレータ１１の動作を補正モードから通常モードに切り替える。

次に、第２レギュレータ２１の補正について図４を使って説明する。
第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態であるか否かを判定する。第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態ではないと判定すると、ステップＳ１１に戻り、軽負荷状態もしくは無負荷状態と判断されるまでステップＳ１１を繰り返す。

第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１１において、監視システム４１から受信した負荷ＬＤの負荷状態が、軽負荷状態もしくは無負荷状態であると判定すると、ステップＳ１２に移行する。そして、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１２において、第２レギュレータ２１を通常モードから補正モードに切り替える。

次に、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１３において、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れているか否かを判定する。このとき、第２レギュレータ２１は、駆動用スイッチング素子３４がオンされているため、第２レギュレータ２１の出力電流Ｉｏｕｔ２は流れている。

したがって、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１３において、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れていると判定し、ステップＳ２５に移行する。第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ２５において、第２レギュレータ２１の目標出力電圧を下げる補正を行う。本実施形態では、現在、制御装置３８の記憶部３８ａに記憶されている基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低い値に基準電圧Ｖｒｅｆ２を補正し、制御装置３８の記憶部３８ａに記憶する。基準電圧Ｖｒｅｆ２は、第２レギュレータ２１の出力電圧Ｖｏｕｔ２が目標出力電圧となるように設定されているため、基準電圧Ｖｒｅｆ２が低くなるように補正することは、第２レギュレータ２１の目標出力電圧を下げる補正を行っているといえる。

そして、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ２６において、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れているか否かを判定する。第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ２６において、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ１が流れていると判定すると、ステップＳ２５の処理に戻り、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れなくなるまでステップＳ２５とステップＳ２６を繰り返す。

一方、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ２６において、第２レギュレータ２１からの出力電流Ｉｏｕｔ２が流れていないと判定すると、ステップＳ１６に移行する。そして、第２レギュレータ２１の制御装置３８は、ステップＳ１６において、第２レギュレータ２１の動作を補正モードから通常モードに切り替える。

上記のような第１レギュレータ１１の目標出力電圧の補正及び第２レギュレータ２１の目標出力電圧の補正を行うことにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１と、出力電圧Ｖｏｕｔ２との差ΔＶが小さくなる。その結果、出力電流Ｉｏｕｔ１と、出力電流Ｉｏｕｔ２との差ΔＩを小さくすることができる。したがって、本実施形態のように、第１レギュレータ１１の補正及び第２レギュレータ２１の補正を行えば、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１の発熱量のアンバランスが抑えられる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）第１レギュレータ１１の補正又は第２レギュレータ２１の補正を行うことにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ２との差ΔＶが小さくなる。その結果、出力電流Ｉｏｕｔ１と、出力電流Ｉｏｕｔ２との差ΔＩを小さくすることができる。

（２）各制御装置３８によって、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１それぞれの動作が通常モードから補正モードに切り替えられたときには、同期整流素子３５はオフとされ、補正モードから通常モードに切り替えられたときには、駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５はオンオフ動作が行われる。このような構成は、出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能である通常モードと、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とする補正モードと、を実現する構成として好適である。

（３）各制御装置３８は、負荷ＬＤが軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１それぞれの動作を、通常モードから補正モードに切り替える。これによれば、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１のうち、出力電圧が高いレギュレータの負担が過度に大きくなることを抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 上記実施形態では、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、スイッチングレギュレータであったが、シリーズレギュレータに変更してもよい。
上記実施形態の第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１をシリーズレギュレータに変更する場合は、例えば、平滑回路３０を削除し、駆動用スイッチング素子３４及び同期整流素子３５をアナログ信号によって制御する構成にすればよい。なお、上記実施形態の場合、下アームトランジスタは、同期整流素子であるが、シリーズレギュレータの場合、同じトランジスタではあるがパルス信号によって制御されないため、同期整流素子ではない。

○ 上記実施形態において、レギュレータからの出力電流が流れているか否かの判定は、電流センサによって電流が検出されたか否かによって判定しているが、これに限られず、公知の種々の方法によって判定してもよい。例えば、レギュレータの温度や出力電圧値によって判定してもよいし、上記実施形態であれば、駆動用スイッチング素子３４にパルス信号が入力されているか否かによって判定してもよい。また、レギュレータがシリーズレギュレータの場合は、二つのトランジスタのうち、電源Ｂ１の正極に接続されるトランジスタの電圧値が閾値電圧に達しているか否かによって判定してもよい。

○ 上記実施形態において、例えば、第１レギュレータ１１を通常モードから補正モードに切り替えるタイミングと、第２レギュレータ２１を通常モードから補正モードに切り替えるタイミングとは、ずれていてもよく、例えば、第１レギュレータ１１の補正が終了した後に第２レギュレータ２１を通常モードから補正モードに切り替えてもよい。

○ 上記実施形態において、負荷ＬＤの負荷状態が監視する監視システム４１を備えているが、省略してもよい。
○ 上記実施形態において、各制御装置３８は、負荷ＬＤが軽負荷状態もしくは無負荷状態以外のときに、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１それぞれを、通常モードから補正モードに切り替えるようにしてもよい。

○ 上記実施形態において、例えば、電源装置１０の起動直後もしくは第１レギュレータ１１及び／又は第２レギュレータ２１を補正モードに切り替えるとき又は補正モード中のときに、接続点Ｃ１の出力先を負荷ＬＤよりも軽い負荷に切り替えるか、接続点Ｃ１の出力先が無負荷状態となるように負荷ＬＤから切り替えてもよいし、負荷ＬＤの駆動を制御する制御システムが、負荷ＬＤが軽負荷もしくは無負荷状態となるように負荷ＬＤを制御するようにしてもよい。これによれば、監視システム４１を省略することができる。

○ 電源装置は、レギュレータが３つ以上並列接続されている構成であってもよい。
○ 第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１は、一対の分圧抵抗３９ａ，３９ｂをそれぞれ有しているがなくてもよく、第１レギュレータ１１及び第２レギュレータ２１の出力電圧を検出できればどのような方法で検出してもよい。

○ 目標出力電圧の補正は、１回の補正で目標出力電圧になるように補正してもよいし、徐々に目標出力電圧を上げるように補正してもよい。
○ 上記実施形態では、目標出力電圧を補正した結果、補正対象のレギュレータからの出力電流の流れに変化が生じた時点の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を使って、補正モードから通常モードに切り替えた後のレギュレータを動作させているが、これに限られず、目標出力電圧を補正する前のレギュレータからの出力電流の流れに変化を生じさせる基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２であればよい。例えば、目標出力電圧を補正した結果、補正対象のレギュレータからの出力電流の流れに変化が起きた時の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２から若干値を変更した基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を使って、補正モードから通常モードに切り替えた後のレギュレータを動作させてもよい。なお、「レギュレータからの出力電流の流れに変化を生じさせる」とは、補正前にレギュレータからの出力電流が流れていなかったが、補正後にレギュレータからの出力電流が流れること、もしくは、補正前にレギュレータからの出力電流が流れていたが、補正後にレギュレータからの出力電流が流れなくなることを指す。

Ｂ１…電源、ＬＤ…負荷、１０…電源装置、１１…レギュレータである第１レギュレータ、２１…レギュレータである第２レギュレータ、３０…平滑回路、３４…上アームトランジスタとしての駆動用スイッチング素子、３５…下アームトランジスタとしての同期整流素子、３８…モード切替部、判定部、及び目標出力電圧設定部として機能する制御装置。

Claims

電源からの入力電圧を目標出力電圧に電圧変換して出力側に接続される負荷へ出力するレギュレータを複数有し、前記複数のレギュレータが並列接続されている電源装置であって、
出力側へ電流を出力可能であり、且つ出力側から電流を引き込むことが可能である通常モードと、出力側からの電流の引き込みを不能とし、且つ出力側への電流の出力のみを可能とする補正モードと、に前記レギュレータの動作を切り替え可能なモード切替部と、
前記レギュレータからの出力電流が流れているか否かを判定する判定部と、
前記レギュレータの前記目標出力電圧を設定する目標出力電圧設定部と、を備え、
前記モード切替部は、前記複数のレギュレータのうちの少なくとも一つを補正対象とし、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記通常モードから前記補正モードに切り替え、
前記判定部によって前記補正モードに切り替えられた前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていないと判定された場合には、前記目標出力電圧設定部は、前記補正対象であるレギュレータの前記目標出力電圧を上げる補正を行い、当該補正を行った結果、前記判定部によって前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていると判定された場合、前記モード切替部は、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記補正モードから前記通常モードに切り替えるとともに、
前記判定部によって前記補正モードに切り替えられた前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていると判定された場合には、前記目標出力電圧設定部は、前記補正対象であるレギュレータの前記目標出力電圧を下げる補正を行い、当該補正を行った結果、前記判定部によって前記補正対象であるレギュレータからの出力電流が流れていないと判定された場合、前記モード切替部は、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記補正モードから前記通常モードに切り替えることを特徴とする電源装置。
前記レギュレータは、直列に接続される上アームトランジスタ及び下アームトランジスタを有し、
前記モード切替部によって、前記補正対象であるレギュレータの動作が前記通常モードから前記補正モードに切り替えられたときには、前記補正対象であるレギュレータの前記下アームトランジスタはオフとされ、
前記モード切替部によって、前記補正対象であるレギュレータの動作が前記補正モードから前記通常モードに切り替えられたときには、前記補正対象であるレギュレータの前記上アームトランジスタ及び下アームトランジスタはオンオフ動作が行われることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記レギュレータは、平滑回路を有するスイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記レギュレータは、シリーズレギュレータであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記モード切替部は、前記負荷が軽負荷状態もしくは無負荷状態のときに、前記補正対象であるレギュレータの動作を、前記通常モードから前記補正モードに切り替えることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電源装置。