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JP6597544B2 - 信号発生回路及び電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、信号発生回路及び電源装置に関するものである。
従来、スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号で駆動することによって電圧を変換する電圧変換装置が広く利用されている。このＰＷＭ制御方式の電圧変換装置では、例えば電圧の目標値に基づいて電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値に応じた値をＰＷＭ信号の発生部に設定することによって、設定された値に応じたデューティを有するＰＷＭ信号を発生する。このように、スイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティを電圧の目標値に応じて変化させることにより、電圧の目標値に応じた出力電圧が得られる。
ここで、ＰＷＭ信号の生成部に設定可能な値の最小単位（即ち最小の増分）が比較的大きい場合は、目標値の変化に対してＰＷＭ信号のデューティを滑らかに変化させることができなくなり、出力電圧が階段状に変化することとなる。また例えば、ＰＷＭ制御による操作量としてＰＷＭ信号の生成部に設定すべき目標の値が算出される場合、目標の値の最小単位よりも設定可能値の最小単位の方が大きいときは、電圧の目標値の変化及び負荷変動に対してＰＷＭ信号のデューティを滑らかに変化させることができなくなり、出力電圧に誤差が生じる。
これに対し、特許文献１には、ＰＷＭ信号のオン／オフ時間をＰＷＭ制御の１周期毎に演算する際に、電圧指令値を被除数とする除算の剰余を切り捨てて演算することによってオン／オフ時間を算出し、算出結果に基づいてＰＷＭパルスを出力するＰＷＭインバータが開示されている。上記の演算で生じた剰余は、オン／オフ時間に反映されずに切り捨てられた電圧指令値に相当する。
このＰＷＭインバータでは、切り捨てた剰余を次の周期以降の演算における電圧指令値に順次加算することにより、前回の演算でオン／オフ時間に反映されなかった剰余が次回の演算の際に新たなオン／オフ時間に反映され、その際の剰余が更に次の演算に反映されことが繰り返される。このため、ＰＷＭ信号の発生部に対して設定されるオン／オフ時間の平均値を、本来設定されるべき目標のオン／オフ時間に近づけることができる。つまり、発生部に設定される値の最小単位を、平均的には実際の最小単位よりも小さくすることができる。
一方、ＰＷＭ制御に関する別の課題として、ＰＷＭ周期を固定化することに起因するノイズの問題がある。このようなノイズを低減する手法として、周波数拡散ＰＷＭ制御が提案されており、この周波数拡散ＰＷＭ制御では、ＰＷＭ周期をランダムに変更することでノイズの発生を抑える。この周波数拡散ＰＷＭ制御に関する技術としては、例えば特許文献２のようなものがある。
特開平３−９８４７０号公報 特開２０１０−１３０８５０号公報
しかし、特許文献１のように発生部に設定される値の最小単位を実際の最小単位よりも実質的に小さくする時分割制御の手法と、特許文献２のように周波数拡散によってノイズ低減の手法とを組み合わせようとする技術は提案されておらず、従来技術では、両手法の利点を共に享受することはできなかった。仮に、特許文献１のような時分割制御の技術と特許文献２のような周波数拡散の技術とを組み合わせたとしても、それぞれが互いに及ぼす影響を考慮せずに併用してしまうと、それぞれの効果を十分に発揮できない事態が生じてしまう。例えば、特許文献１のような時分割制御を用いてデューティ比を調整する場合、単に、周波数拡散技術を組み合わせてしまうと、時分割制御によってデューティを細かく調整することを試みてもランダムに周期が変化してしまうため、狙ったデューティが想定通りに設定されなくなり、時分割制御の効果を十分に発揮できなくなってしまう。
本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、ＰＷＭ信号の周期を変化させることができ且つＰＷＭ信号を発生する発生部に設定するオン時間の最小単位を実際の最小単位よりも実質的に小さくする効果を十分に発揮することができる技術を提供することを目的とする。
本発明は、
ＰＷＭ信号に応じてスイッチのオンオフを制御することにより出力電圧が変換制御される制御対象部と前記制御対象部の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部とを含んだ制御装置において、前記制御対象部に与える前記ＰＷＭ信号を発生させる信号発生回路であって、
前記ＰＷＭ信号の周期の値を設定するとともに、定期的に設定した設定周期の値を変化させる周期設定部と、
前記フィードバック演算部によって操作量として設定された目標オン時間と予め定められた固定値である基準周期との比率に基づいて設定された補正値で補正して得られる第１のデューティ比と、前記周期設定部で設定されている前記設定周期の値とに基づく第１のオン時間を決定する第１決定部と、
設定可能なオン時間の分解能に応じて前記第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する第２決定部と、
前記ＰＷＭ信号の周期を前記周期設定部で設定された前記設定周期の値とし、前記ＰＷＭ信号のオン時間を前記第２決定部で決定された前記第２のオン時間とする前記ＰＷＭ信号を発生させる発生部と、
前記第１のオン時間の決定に用いられる前記目標オン時間、前記基準周期、及び前回の前記補正値と、前記周期設定部で設定された前記設定周期の値と、前記第２決定部で決定された前記第２のオン時間とに基づいて、次回に前記第１決定部で用いる前記補正値を決定する第３決定部と、
を有する。
上記信号発生回路は、ＰＷＭ信号の周期の値を設定する周期設定部を有しており、周期設定部は、設定される周期の値を変化させる機能を有する。このように、設定周期を固定化せずに変化させることができ、ひいては、出力するＰＷＭ信号の周期を変化することができるため、周期の固定化に起因するノイズを低減することができる。
更に、第１決定部が設けられ、第１決定部は、前記フィードバック演算部によって操作量として設定された目標オン時間と予め定められた固定値である基準周期との比率に基づいて設定された補正値で補正して得られる第１のデューティ比と、前記周期設定部で設定されている設定周期の値とに基づく第１のオン時間を決定する。フィードバック演算部によって操作量として設定された目標オン時間と固定値である基準周期との比率に対し決定されている補正値（前回の第３決定部の演算で決定されている補正値）を補正して得られる第１のデューティ比は、ＰＷＭ信号の周期を基準周期と仮定した場合に、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を反映した理想的なデューティ比である。このような第１のデューティ比と現在の周期（周期設定部で設定されている設定周期の値）とが把握できれば、現在の設定周期のときに設定されるべき理想的なオン時間として第１のオン時間を決定することができる。つまり、周期が変わっても、操作量とされた目標オン時間に対し前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間）を得ることができる。
更に、第２決定部が設けられ、設定可能なオン時間の分解能に応じて第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する構成をなす。このようにして、理想的なオン時間（第１のオン時間）に近い実際のオン時間（第２のオン時間）を設定することができ、発生部は、ＰＷＭ信号の周期を周期設定部で設定された設定周期の値とし、ＰＷＭ信号のオン時間を第２決定部で決定された第２のオン時間とするようにＰＷＭ信号を発生させることができる。
このように発生部によって第２のオン時間に設定されたＰＷＭ信号を発生させると、本来設定されるべき理想的なオン時間（第１のオン時間）のうち、実際のオン時間（第２のオン時間）に反映されなかった分が生じる。第３決定部は、第１のオン時間の決定に用いられる目標オン時間、基準周期、及び前回の補正値と、周期設定部で設定された設定周期の値と、第２決定部で決定された第２のオン時間とに基づいて、次回に第１決定部で用いる補正値を決定するため、発生部で発生するＰＷＭ信号の実際のオン時間（第２のオン時間）に反映されなかった分を反映した形で次回の第１決定部で用いる補正値を決定することができる。そして、次回の第１決定部の決定では、周期変動に対応しつつ、新たに操作量とされた目標オン時間に対し、反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間）を得ることができる。
そして、このような決定（第１、第２、第３決定部による決定）を繰り返すことで、周期を変更することによるノイズ低減の効果を享受しつつ、発生部に設定されるオン時間の最小単位を、実際の最小単位よりも実質的に小さくすることができる。
実施例１の信号発生回路及び電圧変換装置を備えた車載用の電源システムを概略的に例示する回路図である。 実施例１の信号発生回路における各機能を概念的に示す機能ブロック図である。 実施例１の信号発生回路で実行される制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１の信号発生回路で発生するＰＷＭ信号の例を示す説明図である。
発明の望ましい形態を以下に例示する。
本発明において、「設定可能なオン時間の分解能」とは、信号発生回路が変化させ得るオン時間の細かさを意味し、分解能が大きければ、発生部が変化させ得るオン時間の最小単位が大きくなる。逆に、分解能が小さければ、発生部が変化させ得るオン時間の最小単位が小さくなる。本発明において、「設定可能なオン時間の分解能に応じて第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する」とは、発生部が出力し得るオン時間（分解能に応じて切り替え得るオン時間）の中から第１のオン時間に近いオン時間を選定することを意味する。例えば、「設定可能なオン時間の分解能に応じて第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する」方法としては、発生部が出力可能なオン時間の値である複数の設定候補値（例えば、設定可能なオン時間の値として予め定められた複数の設定候補値）の中から第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する構成などが挙げられる。
周期設定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に設定周期の値を変化させてもよい。第１決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、フィードバック演算部によって設定された最新の目標オン時間と基準周期との比率を第３決定部で決定された最新の補正値で補正した最新の第１のデューティ比と、周期設定部で設定されている最新の周期の値とに基づいて第１のオン時間を決定してもよい。第２決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、発生部が出力可能なオン時間の値である複数の設定候補値の中から第１決定部で決定された最新の第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定してもよい。発生部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、ＰＷＭ信号の周期を周期設定部で設定された最新の設定周期の値とし、信号のオン時間を第２決定部で決定された最新の第２のオン時間とするＰＷＭ信号を発生させてもよい。第３決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、フィードバック演算部によって設定された最新の目標オン時間と、基準周期と、前回設定された最新の補正値と、周期設定部で設定された最新の設定周期の値と、第２決定部で決定された最新の第２のオン時間とに基づいて、次回に第１決定部で用いる補正値を決定してもよい。
このように構成された信号発生回路は、少なくとも１周期毎に周期を変更することができるため、細かな周期変更によってノイズ低減効果を高めることができる。更に、１周期毎の周期変動に適正に対応した形で、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間）を１周期毎に得ることができ、理想的なオン時間（第１のオン時間）に近い実際のオン時間（第２のオン時間）を１周期毎に設定してＰＷＭ信号を発することができる。このように、１周期毎に細かく周期変更を行いつつ、ＰＷＭ信号のオン時間をより細かく制御することができる。
第１決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、フィードバック演算部によって設定された最新の目標オン時間を基準周期で除した値と第３決定部によって決定されている最新の補正値とを加算して得られる第１のデューティ比に対し、周期設定部によって決定された最新の設定周期の値を乗じることで第１のオン時間を決定してもよい。第２決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、複数の設定候補値の中から第１決定部で決定された最新の第１のオン時間以上又は以下の最も近い設定候補値を第２のオン時間として決定してもよい。第３決定部は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、第２決定部で決定された最新の第２のオン時間を周期設定部で設定された最新の設定周期の値で除して得られる第２のデューティ比を第１のデューティ比から減じたデューティ比の差を算出し、算出されたデューティ比の差を次回の第１決定部で用いる補正値として決定してもよい。
このように構成された信号発生回路は、周期変動に対応しつつ、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分をより高精度に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間）を１周期毎に得ることができる。そして、１周期毎に得られる第１のオン時間に近似した実際のオン時間（第２のオン時間）を１周期毎に適切に設定することができる。そして、１周期毎に設定される実際のオン時間（第２のオン時間）に反映されない分については、より精度の高い補正値として次回の周期において第１決定部の決定に反映させることができる。
一方の導電路に入力された電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する制御対象部としての電圧変換装置と、電圧変換装置の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部と、上記いずれかの信号発生回路とを備えた形で電源装置を構成してもよい。
この構成によれば、ＰＷＭ信号の周期を変化させることによるノイズ低減効果を享受するこができ且つ発生部に設定するオン時間の最小単位を実際の最小単位よりも実質的に小さくする効果を十分に発揮することができる電源装置を実現できる。
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示す車載用電源システム１００は、主に、信号発生回路１及び電圧変換装置２によって構成される電源装置９０と、電源部としてのバッテリ３と、電力供給対象としての負荷４とを備え、バッテリ３からの電力に基づいて車載用の負荷４に電力を供給する車載用の電源システムとして構成される。
バッテリ３は、例えば、鉛蓄電池等の公知の蓄電手段によって構成され、所定電圧を発生させる。バッテリ３の高電位型の端子は、第１導電路３１に電気的に接続され、バッテリ３の低電位側の端子は、例えばグラウンドに電気的に接続される。
電圧変換装置２は、外部のバッテリ３及び負荷４に接続されており、バッテリ３からの直流電圧を降圧して負荷４に供給する機能を有する。この電圧変換装置２は、直流電圧を降圧するコンバータＣＶと、コンバータＣＶを駆動する駆動回路２６と、コンバータＣＶが降圧した電圧を平滑化するコンデンサ２５と、出力電流を検出するための電流検出回路２８とを備える。コンバータＣＶからの出力電流は、電流検出回路２８を介して負荷４に供給され、負荷４に供給される電圧が信号発生回路１に与えられる。
コンバータＣＶは所謂単相コンバータであり、第１導電路３１と第２導電路３２との間に設けられ、バッテリ３から供給された直流電圧がドレインに印加されるＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるハイサイド側のスイッチング素子２１（スイッチ）と、コンデンサ２５に一端が接続されており、スイッチング素子２１のソースに他端が接続されたインダクタ２３と、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されスイッチング素子２１及びインダクタ２３の接続点にドレインが接続されたソース接地として構成されるローサイド側のスイッチング素子２２（スイッチ）とを備える。
ハイサイド側のスイッチング素子２１のドレインには、入力側の導電路としての第１導電路３１が接続され、ソースには、ローサイド側のスイッチング素子２２のドレイン及びインダクタ２３の一端が接続されている。スイッチング素子２１のゲートには、駆動回路２６からの駆動信号（オン信号）及び非駆動信号（オフ信号）が入力されるようになっており、駆動回路２６からの信号に応じてスイッチング素子２１がオン状態とオフ状態とに切り替わるようになっている。同様に、スイッチング素子２２のゲートには、駆動回路２６からの駆動信号（オン信号）及び非駆動信号（オフ信号）が入力されるようになっており、駆動回路２６からの信号に応じてスイッチング素子２２がオン状態とオフ状態とに切り替わるようになっている。
駆動回路２６は、発生部１６から与えられたＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング素子２１，２２夫々を各制御周期で交互にオンするためのオン信号を、スイッチング素子２１，２２のゲートに印加する。スイッチング素子２１のゲートには、スイッチング素子２２のゲートに与えられるオン信号に対して位相が略反転しており且つ所謂デッドタイムが確保されたオン信号が与えられる。
信号発生回路１は、制御対象部としての電圧変換装置２に対してＰＷＭ信号を出力する構成をなし、設定された目標値（目標オン時間）に基づき、電圧変換装置２に出力するＰＷＭ信号のオン時間を、予め定められた複数の設定可能値から選択してそれぞれ設定し得る回路として構成されている。信号発生回路１の詳細については後述する。
制御部１０は、ＣＰＵ１１を有するマイクロコンピュータを含んでなる。ＣＰＵ１１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ１２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ１３、アナログの電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器１４と互いにバス接続されている。ＣＰＵ１１には、更に、発生部１６がバス接続されている。Ａ／Ｄ変換器１４には、電流検出回路２８からの検出電圧と、負荷４に供給される出力電圧とが与えられる。本構成では、電流検出回路２８及びＡ／Ｄ変換器１４に電圧を入力する経路１８とが出力検出部を構成し、コンバータＣＶ（電圧変換部）からの出力電流及び出力電圧を検出するように機能する。なお、図１の例では、経路１８は、出力側の第２導電路３２の電圧をＡ／Ｄ変換器１４に入力する構成であるが、第２導電路３２の電圧を分圧してＡ／Ｄ変換器１４に入力する構成であってもよい。
発生部１６は、公知のＰＷＭ信号発生回路として構成されており、制御部１０で設定された周期及びオン時間のＰＷＭ信号を生成する。発生部１６は、例えば、不図示の内部クロックを備え、内部クロックの周期の整数倍のオン時間を有するＰＷＭ信号を生成する。発生部１６が生成したＰＷＭ信号は、駆動回路２６に与えられる。
電流検出回路２８は、抵抗器２４及び差動増幅器２７を有する。コンバータＣＶからの出力電流によって抵抗器２４に生じた電圧降下は、差動増幅器２７で増幅されて出力電流に応じた検出電圧となり、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル値に変換される。
このように構成される電圧変換装置２は、同期整流方式の降圧型コンバータとして機能し、ローサイド側のスイッチング素子２２のオン動作とオフ動作との切り替えを、ハイサイド側のスイッチング素子２１の動作と同期させて行うことで、第１導電路３１に印加された直流電圧を降圧し、第２導電路３２に出力する。具体的には、駆動回路２６から各スイッチング素子２１，２２のゲートに相補的に与えられる各ＰＷＭ信号により、スイッチング素子２１をオン状態とし、スイッチング素子２２をオフ状態とした第１状態と、スイッチング素子２１をオフ状態とし、スイッチング素子２２をオン状態とした第２状態とがデットタイムを設定しつつ交互に切り替えられ、この動作によって第１導電路３１に印加された直流電圧が降圧され、第２導電路３２に出力される。第２導電路３２の出力電圧は、スイッチング素子２１のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティ比に応じて定まる。
次に、信号発生回路１の詳細を説明する。
信号発生回路１は、ＰＷＭ信号によって出力が制御される電圧変換装置２（制御対象部）と電圧変換装置２の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部とを含んだ電源装置９０（制御装置）において、電圧変換装置２に与えるＰＷＭ信号を発生させる回路として構成される。
信号発生回路１の制御部１０は、図２で示すような各機能を有し、図３で示す流れで演算制御を行う。図３で示す演算制御は、制御部１０によって実行される制御であり、ＰＷＭ信号の１周期毎に実行される制御である。
図３で示すように、ＰＷＭ信号の各周期において図３の制御を実行する場合、ステップＳ１において、電圧変換装置２の出力側の導電路（第２導電路３２）に印加される出力電圧を取得する。図２で示す出力電圧取得部１０１としての機能は、具体的には、Ａ／Ｄ変換器１４及びＣＰＵ１１によって行われ、第２導電路３２に印加される電圧（出力電圧）が取得される。この出力電圧は、制御部１０内の記憶部に一時的に保持される。
制御部１０は、図３で示すステップＳ１にて第２導電路３２に印加される電圧（出力電圧Ｖ２）を取得した後、ステップＳ２に処理を行い、ステップＳ１で取得した出力電圧Ｖ２と予め定められた目標電圧Ｖｔとに基づいて、公知のフィードバック演算方式によって操作量を算出する。ステップＳ２の処理を実行するフィードバック演算部（ＰＩＤ演算部）１０２（図２）としての機能は、具体的にはＣＰＵ１１よって行われ、ＣＰＵ１１は、電圧変換装置２の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部として機能する。この例では、出力電圧がＰＩＤ制御における制御量に相当し、オン時間がＰＩＤ制御における操作量に相当する。より具体的には、第２導電路３２に印加される出力電圧Ｖ２と予め定められた目標電圧Ｖｔとの偏差に基づいて、公知のＰＩＤ演算方式でフィードバック演算を行い、次回の周期で目標とするオン時間（目標オン時間ｔａ）を操作量として設定する。ＰＩＤ方式でフィードバック演算を行うときの比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインの設定方法は限定されず、様々に設定することができる。
制御部１０は、ステップＳ２の後、ステップＳ３の処理を行う。ステップＳ３の処理を実行する理想デューティ算出部１０４Ａ（図２）としての機能は、ＣＰＵ１１によって行うことができる。理想デューティ算出部１０４Ａは、ＰＷＭ信号の１周期毎に、ステップＳ３においてフィードバック演算部１０２によって設定された最新の目標オン時間ｔａを基準周期Ｔｂで除した値と第３決定部１０９によって決定されている最新の補正値Ｄａ（前周期の余り）とを加算して得られる第１のデューティ比Ｄ１（理想デューティ比）を算出する。つまり、Ｄ１＝ｔａ／Ｔｂ＋Ｄａである。
制御部１０は、ステップＳ３の後、ステップＳ４の処理を行う。ステップＳ４の処理を実行する周期設定部１０５としての機能は、ＣＰＵ１１及びＲＯＭ１２によって行うことができる。周期設定部１０５では、発生部１６で設定可能な周期であって且つ所定の周期範囲内の周期である複数の周期が候補として予定されており、これら複数の周期の中からいずれかの周期をランダムに設定するようになっている。例えば、発生部１６で設定可能な周期であって且つ所定の周期範囲内の周期である複数の周期をテーブル化したデータ（周波数拡散テーブル）がＲＯＭ１２に記憶されており、ＣＰＵ１１は、周期毎に行われるステップＳ４の処理において周波数拡散テーブルからいずれかの周期をランダムに選定する。選定された周期の値Ｔｓは、現在の周期（今周期）として記憶部に保持される。このように、周期設定部１０５は、ＰＷＭ信号の周期の値Ｔｓを設定する機能を有するとともに、時間経過に応じて周期の値Ｔｓを変化させるように機能し、具体的には、ＰＷＭ信号の１周期毎に周期の値Ｔｓを変化させる。
制御部１０は、ステップＳ４の後、ステップＳ５の処理を行う。ステップＳ５の処理を実行する理想オン時間算出部１０４Ｂとしての機能は、ＣＰＵ１１によって行うことができる。理想オン時間算出部１０４Ｂは、ＰＷＭ信号の１周期毎にステップＳ５の処理を行い、フィードバック演算部１０２によって設定された最新の目標オン時間ｔａを基準周期Ｔｂで除した値と第３決定部１０９によって決定されている最新の補正値Ｄａ（前回の余り）とを加算して得られる第１のデューティ比Ｄ１に対し、周期設定部１０５によって決定された最新の周期の値Ｔｓを乗じることで第１のオン時間ｔｙ１（理想オン時間）を決定する。つまり、ｔｙ１＝Ｔｓ×Ｄ１である。
このように、第１決定部１０４として機能する理想デューティ算出部１０４Ａ及び理想オン時間算出部１０４Ｂは、ＰＷＭ信号の１周期毎にＳ３及びＳ５の処理を行い、フィードバック演算部１０２によって設定された最新の目標オン時間ｔａと基準周期Ｔｂとの比率を第３決定部１０９で決定された最新の補正値Ｄａで補正した最新の第１のデューティ比Ｄ１と、周期設定部１０５で設定されている最新の周期の値Ｔｓとに基づいて第１のオン時間ｔｙ１を決定する。
制御部１０は、ステップＳ５の後、ステップＳ６の処理を行い、第１オン時間（理想オン時間）とＰＷＭ分解能とに基づいて第２オン時間（実際のオン時間）を決定する。ステップＳ６の処理を行う第２決定部１０７としての機能は、ＣＰＵ１１によって行うことができる。第２決定部１０７は、ＰＷＭ信号の１周期毎にステップＳ６の処理を行い、発生部１６が出力可能なオン時間の値である複数の設定候補値の中から第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１に近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定する。ここでいう設定候補値とは、発生部１６に設定されたときに出力のＰＷＭ信号の変化に反映される最小単位（最小の増分）の整数倍の値をいう。具体的には、発生部１６が出力するＰＷＭ信号のオン時間は、上記最小単位の整数倍の値（設定候補値）の中から選択されようになっている。第２決定部１０７は、具体的には、予め定められた複数の設定候補値の中から第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１以上又は以下の最も近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定する。
制御部１０は、ステップＳ６の後、ステップＳ７の処理を行う。ステップＳ７の処理を行うＰＷＭ出力設定部１０８（図２）としての機能は、ＣＰＵ１１及びＲＡＭ１３によって行うことができる。ステップＳ７では、ステップＳ４にて周期設定部１０５で設定された周期の値Ｔｓと、ステップＳ６にて第２決定部１０７で決定された第２のオン時間ｔｙ２とをＲＡＭ１３などの記憶部に保持する。発生部１６は、ＰＷＭ信号の１周期毎に記憶部に保持された周期の値Ｔｓ及び第２のオン時間ｔｙ２を確認し、ＰＷＭ信号の１周期毎に、信号の周期を周期設定部１０５で設定された周期の値Ｔｓとし、信号のオン時間を第２決定部１０７で決定された第２のオン時間ｔｙ２とするようにＰＷＭ信号を発生させる。
制御部１０は、ステップＳ７の後、ステップＳ８の処理を行う。ステップＳ８の処理を行う第３決定部１０９（図２）としての機能は、ＣＰＵ１１によって行うことができる。第３決定部１０９は、ＰＷＭ信号の１周期毎にステップＳ８の処理を行い、フィードバック演算部１０２によって設定された最新の目標オン時間ｔａと、基準周期Ｔｂと、前回の周期のステップＳ８で設定された最新の補正値Ｄａと、周期設定部１０５で設定された最新の周期の値Ｔｓと、第２決定部１０７で決定された最新の第２のオン時間ｔｙ２とに基づいて、次回に第１決定部１０４で用いる補正値Ｄａを決定する。
具体的には、第３決定部１０９は、ＰＷＭ信号の１周期毎にステップＳ８の演算を行い、第２決定部１０７で決定された最新の第２のオン時間ｔｙ２を周期設定部１０５で設定された最新の周期の値Ｔｓで除して得られる第２のデューティ比Ｄ２（今周期のデューティ比）を第１のデューティ比Ｄ１（理想デューティ比）から減じたデューティ比の差（余り）を算出し、算出されたデューティ比の差（余り）を次回の周期に第１決定部１０４で用いる補正値Ｄａとして決定する。つまり、Ｄａ＝Ｄ１−Ｄ２であり、Ｄ２は、Ｄ２＝ｔｙ２／Ｔｓである。このように決定された補正値（余り）Ｄａは、補正値設定部１１０（図２）としての記憶部（例えばＲＡＭ１３など）に保持され、次の周期に第１決定部１０４によって用いられる。
ここで、本構成の効果を例示する。
本構成の信号発生回路１は、ＰＷＭ信号の周期の値Ｔｓを設定する周期設定部を有しており、周期設定部は、定期的に設定される周期の値Ｔｓを変化させる機能を有する。このように、ＰＷＭ信号の設定周期を固定化せずに変化させることができ、ひいては、出力するＰＷＭ信号の周期を変化することができるため、周期の固定化に起因するノイズを低減することができる。
更に、第１決定部１０４が設けられ、第１決定部１０４は、フィードバック演算部１０２によって操作量として設定された目標オン時間ｔａと予め定められた固定値である基準周期Ｔｂとの比率を所定方法で設定された補正値で補正して得られる第１のデューティ比Ｄ１と、周期設定部１０５で設定されている設定周期の値Ｔｓとに基づいて第１のオン時間ｔｙ１を決定する。フィードバック演算部１０２によって操作量として設定された目標オン時間ｔａと固定値である基準周期Ｔｂとの比率に対して決定されている補正値（前回の第３決定部１０９の演算で決定されている補正値）を補正して得られる第１のデューティ比Ｄ１は、ＰＷＭ信号の周期を基準周期Ｔｂと仮定した場合に、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を反映した理想的なデューティ比である。このような第１のデューティ比Ｄ１と現在の設定周期（周期設定部１０５で設定されている設定周期の値Ｔｓ）とが把握できれば、現在の設定周期Ｔｓのときに設定されるべき理想的なオン時間として第１のオン時間ｔｙ１を決定することができる。つまり、周期が変わっても、操作量とされた目標オン時間ｔａに対し前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）を得ることができる。
更に、第２決定部１０７が設けられ、設定可能なオン時間の分解能に応じて第１のオン時間ｔｙ１に近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定する構成をなす。このようにして、理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）に近い実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）を設定することができ、発生部１６は、ＰＷＭ信号の周期を周期設定部１０５で設定された設定周期の値Ｔｓとし、ＰＷＭ信号のオン時間を第２決定部１０７で決定された第２のオン時間ｔｙ２とするようにＰＷＭ信号を発生させることができる。
このように発生部１６によって第２のオン時間ｔｙ２に設定されたＰＷＭ信号を発生させると、本来設定されるべき理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）のうち、実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）に反映されなかった分が生じる。これに対し、第３決定部１０９は、第１のオン時間ｔｙ１の決定に用いられる目標オン時間ｔａ、基準周期Ｔｂ、及び前回の補正値と、周期設定部１０５で設定された設定周期の値Ｔｓと、第２決定部１０７で決定された第２のオン時間ｔｙ２とに基づいて、次回に第１決定部１０４で用いる補正値を決定するため、発生部１６で発生するＰＷＭ信号の実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）に反映されなかった分を反映した形で次回の第１決定部１０４で用いる補正値を決定することができる。そして、次回の第１決定部１０４の決定では、周期変動に対応しつつ、新たに操作量とされた目標オン時間ｔａに対し、反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）を得ることができる。
そして、このような決定（第１、第２、第３決定部による決定）を繰り返すことで、周期を変更することによるノイズ低減の効果を享受しつつ、発生部に設定されるオン時間の最小単位を、実際の最小単位よりも実質的に小さくすることができる。
また、本構成の信号発生回路１は、少なくとも１周期毎に周期を変更することができるため、細かな周期変更によってノイズ低減効果を高めることができる。更に、１周期毎の周期変動に適正に対応した形で、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分を適切に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）を１周期毎に得ることができ、理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）に近い実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）を１周期毎に設定してＰＷＭ信号を発することができる。このように、１周期毎に細かく周期変更を行いつつ、ＰＷＭ信号のオン時間をより細かく制御することができる。
例えば、図４のように、周期設定部１０５による１周期毎の設定変更によってＰＷＭ信号の各周期の値（図４におけるＴ１，Ｔ２，Ｔ３）を変更することができるため、細かな周期変更制御によってノイズ低減効果をより発揮することができ、各周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のそれぞれのオン時間Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３はいずれも、それぞれの前の周期で反映されなかった分を反映するように調整された時間であるため、時分割制御の利点を十分に発揮することができる。
本構成では、第１決定部１０４は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、フィードバック演算部１０２によって設定された最新の目標オン時間ｔａを基準周期Ｔｂで除した値と第３決定部１０９によって決定されている最新の補正値（前回の余り）とを加算して得られる第１のデューティ比Ｄ１（理想デューティ比）に対し、周期設定部１０５によって決定された最新の設定周期の値Ｔｓ（今周期の値）を乗じることで第１のオン時間ｔｙ１（理想オン時間）を決定する。第２決定部１０７は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、複数の設定候補値の中から第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１（理想オン時間）以上又は以下の最も近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２（実際のオン時間）として決定する。第３決定部１０９は、ＰＷＭ信号の１周期毎に、第２決定部１０７で決定された最新の第２のオン時間ｔｙ２（実際のオン時間）を周期設定部１０５で設定された最新の設定周期の値Ｔｓ（今周期の値）で除して得られる第２のデューティ比Ｄ２（今周期のデューティ比）を第１のデューティ比Ｄ１（理想デューティ比）から減じたデューティ比の差（余り）を算出し、算出されたデューティ比の差（余り）を次回の第１決定部１０４で用いる補正値として決定する。
このように構成された信号発生回路１は、周期変動に対応しつつ、前回のＰＷＭ信号のオン時間に反映されなかった分をより高精度に反映した形で理想的なオン時間（第１のオン時間ｔｙ１）を１周期毎に得ることができる。そして、１周期毎に得られる第１のオン時間ｔｙ１により近似した実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）を１周期毎に適切に設定することができる。更に、このように１周期毎に設定される実際のオン時間（第２のオン時間ｔｙ２）に反映されない分を、より精度の高い補正値として次回の周期において第１決定部１０４の決定に反映させることができる。
上記電源装置９０は、第１導電路３１（一方の導電路）に入力された電圧を降圧して第２導電路３２（他方の導電路）に出力する制御対象部としての電圧変換装置２と、電圧変換装置２の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部と、上記信号発生回路１とを備えた形で構成される。この構成によれば、ＰＷＭ信号の周期を変化させることによるノイズ低減効果を享受するこができ且つ発生部１６に設定するオン時間の最小単位を実際の最小単位よりも実質的に小さくする効果を十分に発揮することができる電源装置９０を実現できる。
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
実施例１では、電圧変換装置として降圧型のＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、ＰＷＭ信号によって制御される電圧変換装置であればよく、昇圧型のＤＣＤＣコンバータであってもよく、昇降圧型のＤＣＤＣコンバータであってもよい。また、電圧変換装置は、入力側と出力側が固定化された一方向型のＤＣＤＣコンバータであってもよく、双方向型のＤＣＤＣコンバータであってもよい。
実施例１では、単相型のＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、多相型のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。
実施例１では、同期整流式のＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、一部のスイッチング素子をダイオードに置き換えたダイオード方式のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。
実施例１では、電圧変換回路のスイッチング素子として、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子２１，２２を例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよいし、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。
実施例１では、フィードバック演算部として機能するフィードバック演算部１０２により、第２導電路３２に印加される出力電圧Ｖ２と予め定められた目標電圧Ｖｔとの偏差に基づいて、ＰＩＤ方式でフィードバック演算を行い、次回の周期で目標とするオン時間（目標オン時間ｔａ）を操作量として算出する例を示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、第２導電路３２に印加される出力電圧Ｖ２と予め定められた目標電圧Ｖｔとに基づき、出力電圧Ｖ２を目標電圧Ｖｔに近づけるように目標オン時間ｔａを決定するようなフィードバック演算方式であれば、公知の様々なフィードバック演算方式を用いることができる。
実施例１では、第２決定部１０７は、複数の設定候補値の中から第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１以上又は以下の最も近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１以下の複数の設定候補値の中から最も近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定してもよく、第１決定部１０４で決定された最新の第１のオン時間ｔｙ１以上の複数の設定候補値の中から最も近い設定候補値を第２のオン時間ｔｙ２として決定してもよい。
１…信号発生回路
２…電圧変換装置（制御対象部）
１０…制御部
１６…発生部
２１…スイッチング素子（スイッチ）
２２…スイッチング素子（スイッチ）
３１…第１導電路（一方の導電路）
３２…第２導電路（他方の導電路）
９０…電源装置（制御装置）
１０２…フィードバック演算部
１０５…周期設定部
１０４…第１決定部
１０７…第２決定部
１０９…第３決定部

Claims (4)

  1. ＰＷＭ信号に応じてスイッチのオンオフを制御することにより出力電圧が変換制御される制御対象部と前記制御対象部の出力に基づいて操作量を設定するフィードバック演算部とを含んだ制御装置において、前記制御対象部に与える前記ＰＷＭ信号を発生させる信号発生回路であって、
    前記ＰＷＭ信号の周期の値を設定するとともに、定期的に設定した設定周期の値を変化させる周期設定部と、
    前記フィードバック演算部によって操作量として設定された目標オン時間と予め定められた固定値である基準周期との比率に基づいて設定された補正値で補正して得られる第１のデューティ比と、前記周期設定部で設定されている前記設定周期の値とに基づく第１のオン時間を決定する第１決定部と、
    設定可能なオン時間の分解能に応じて前記第１のオン時間に近い設定候補値を第２のオン時間として決定する第２決定部と、
    前記ＰＷＭ信号の周期を前記周期設定部で設定された前記設定周期の値とし、前記ＰＷＭ信号のオン時間を前記第２決定部で決定された前記第２のオン時間とする前記ＰＷＭ信号を発生させる発生部と、
    前記第１のオン時間の決定に用いられる前記目標オン時間、前記基準周期、及び前回の前記補正値と、前記周期設定部で設定された前記設定周期の値と、前記第２決定部で決定された前記第２のオン時間とに基づいて、次回に前記第１決定部で用いる前記補正値を決定する第３決定部と、
    を有する信号発生回路。
  2. 前記周期設定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に前記設定周期の値を変化させ、
    前記第１決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記フィードバック演算部によって設定された最新の前記目標オン時間と前記基準周期との比率を前記第３決定部で決定された最新の前記補正値で補正した最新の前記第１のデューティ比と、前記周期設定部で設定されている最新の前記設定周期の値とに基づいて前記第１のオン時間を決定し、
    前記第２決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記発生部が出力可能なオン時間の値である複数の設定候補値から前記第１決定部で決定された最新の前記第１のオン時間に近い前記設定候補値を前記第２のオン時間として決定し、
    前記発生部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記ＰＷＭ信号の周期を前記周期設定部で設定された最新の前記設定周期の値とし、信号のオン時間を前記第２決定部で決定された最新の前記第２のオン時間とする前記ＰＷＭ信号を発生させ、
    前記第３決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記フィードバック演算部によって設定された最新の前記目標オン時間と、前記基準周期と、前回設定された最新の前記補正値と、前記周期設定部で設定された最新の前記設定周期の値と、前記第２決定部で決定された最新の前記第２のオン時間とに基づいて、次回に前記第１決定部で用いる前記補正値を決定する請求項１に記載の信号発生回路。
  3. 前記第１決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記フィードバック演算部によって設定された最新の前記目標オン時間を前記基準周期で除した値と前記第３決定部によって決定されている最新の前記補正値とを加算して得られる前記第１のデューティ比に対し、前記周期設定部によって決定された最新の前記設定周期の値を乗じることで前記第１のオン時間を決定し、
    前記第２決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、複数の前記設定候補値の中から前記第１決定部で決定された最新の前記第１のオン時間以上又は以下の最も近い前記設定候補値を前記第２のオン時間として決定し、
    前記第３決定部は、前記ＰＷＭ信号の１周期毎に、前記第２決定部で決定された最新の前記第２のオン時間を前記周期設定部で設定された最新の前記設定周期の値で除して得られる第２のデューティ比を前記第１のデューティ比から減じたデューティ比の差を算出し、算出されたデューティ比の差を次回の前記第１決定部で用いる前記補正値として決定する請求項２に記載の信号発生回路。
  4. 一方の導電路に入力された電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する前記制御対象部としての電圧変換装置と、前記電圧変換装置の出力に基づいて操作量を設定する前記フィードバック演算部と、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の前記信号発生回路とを備えた電源装置。
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