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公開番号2021029074
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210225
出願番号2019147679
出願日20190809
発明の名称電源装置
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20210129BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】消費電力を低減することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置3は、入力電源5に接続される入力端子10と、出力端子11と、電源本体12と、スイッチ駆動部25と、を含む。電源本体は、第1スイッチング素子13、第2スイッチング素子14、インダクタ16及びコンデンサ17を含む。スイッチ駆動部は、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子のスイッチング動作を制御する。スイッチ駆動部は、送信信号を送信する送信期間において、第1周波数でスイッチング動作を実行し、送信信号を送信しない停止期間において、第1周波数より低い第2周波数でスイッチング動作を実行する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
入力電源に接続される入力端子と、
出力端子と、
第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、インダクタ、及びコンデンサを含み、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子は、前記入力端子と接地端子との間に直列接続され、前記インダクタの一端は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間の接続ノードに接続され、前記インダクタの他端は、前記出力端子に接続され、前記コンデンサの一端は、前記出力端子に接続され、前記コンデンサの他端は接地される、電源本体と、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動部と、
を具備し、
前記駆動部は、送信信号を送信する送信期間において、第1周波数でスイッチング動作を実行し、送信信号を送信しない停止期間において、前記第1周波数より低い第2周波数でスイッチング動作を実行する
電源装置。
続きを表示(約 610 文字)【請求項2】
前記駆動部は、複数のパルスを含む第1信号を生成して前記第1スイッチング素子に供給し、複数のパルスを含む第2信号を生成して前記第2スイッチング素子に供給し、
前記第1信号及び前記第2信号は、交互にハイレベルになる
請求項1に記載の電源装置。
【請求項3】
前記駆動部は、前記第1信号及び前記第2信号を生成するためのPWM(pulse width modulation)制御を実行するPWM回路を含む
請求項2に記載の電源装置。
【請求項4】
前記出力端子の出力電圧が第1基準電圧以上かつ前記第1基準電圧より大きい第2基準電圧以下の範囲内であるか否かを判定する判定部をさらに具備し、
前記駆動部は、前記判定部による判定結果に基づいて、前記出力電圧が前記範囲内になるように、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のスイッチング動作を制御する
請求項1乃至3のいずれかに記載の電源装置。
【請求項5】
前記判定部は、前記第1基準電圧を生成する第1生成回路と、前記第2基準電圧を生成する第2生成回路とを含む
請求項4に記載の電源装置。
【請求項6】
前記停止期間における前記第1信号のパルス幅は、前記送信期間における前記第1信号のパルス幅より小さい
請求項2に記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電源装置に関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
レーダシステムは、送信信号を所定の周期で対象物に向けて送信する。送信信号用の電源として、バーストモード電源装置が用いられる。この電源装置では、応答速度を向上するために、軽負荷又は無負荷時(すなわち、送信信号を送信しない停止期間)においてもスイッチング素子のスイッチング制御を行い、出力電圧を維持させている。そのため、停止期間においても内部損失が発生する。
【0003】
送信信号の周期が非常に短い高速モードを必要とする場合、電源装置もその周期内で安定した出力電圧を供給するために、その応答に対応したスイッチング速度でスイッチング素子を動作させる必要がある。このような電源装置で停止期間においてスイッチング制御を行うと、スイッチングロスが影響し、消費電力が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第5550591号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、消費電力を低減することが可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態に係る電源装置は、入力電源に接続される入力端子と、出力端子と、第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、インダクタ、及びコンデンサを含み、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子は、前記入力端子と接地端子との間に直列接続され、前記インダクタの一端は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間の接続ノードに接続され、前記インダクタの他端は、前記出力端子に接続され、前記コンデンサの一端は、前記出力端子に接続され、前記コンデンサの他端は接地される、電源本体と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動部とを具備する。前記駆動部は、送信信号を送信する送信期間において、第1周波数でスイッチング動作を実行し、送信信号を送信しない停止期間において、前記第1周波数より低い第2周波数でスイッチング動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1は、本実施形態に係る送信機の構成を示すブロック図である。
図2は、本実施形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。
図3は、送信機の動作を説明するフローチャートである。
図4は、送信機の動作を説明するタイミング図である。
図5は、スイッチ駆動部の送信動作を説明するタイミング図である。
図6は、電源装置の停止動作を説明するフローチャートである。
図7は、電源装置の停止動作を説明するタイミング図である。
図8は、電源装置の他の停止動作を説明するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を備える要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【0009】
[1] 送信機の構成
図1は、本実施形態に係る送信機1の構成を示すブロック図である。例えば、本実施形態の送信機1は、高周波信号を対象物に対して送信し、対象物で反射したエコー信号を受信するレーダシステムで使用することができる。送信機1は、送信回路2、電源装置3、及び制御回路4を備える。
【0010】
送信回路2は、所定の送信周期で送信信号を生成する。送信回路2により生成された送信信号は、アンテナ(図示せず)から、対象物に向けて送信される。送信回路2は、移相器、及び増幅器などを含む。
【0011】
電源装置3は、送信信号用の電源を送信回路2に供給する。電源装置3の具体的な構成については後述する。
【0012】
制御回路4は、送信回路2及び電源装置3の動作を制御する。制御回路4は、送信動作を実行するために、送信回路2及び電源装置3に制御信号を供給する。
【0013】
[2] 電源装置3の構成
図2は、本実施形態に係る電源装置3の構成を示す回路図である。この電源装置3は、いわゆるDC/DCコンバータであり、より詳しくは、同期整流方式の降圧型コンバータである。また、DC/DCコンバータの制御方式は、例えばデシタル制御方式である。
【0014】
電源装置3は、入力端子10、出力端子11、及び降圧型の電源本体12(以下、電源本体12と称する)を備える。入力端子10には、入力電源5が接続される。入力電源5は、直流電源であり、電圧Vinを発生する。出力端子11には、負荷6が接続される。負荷6は、例えば、送信回路2に含まれるRF(radio frequency)素子である。電源装置3は、入力電源5から供給される電圧Vinを所定の出力電圧Voutに降圧して、負荷6に供給する。
【0015】
電源本体12は、第1スイッチング素子13、及び第2スイッチング素子14を備える。第1スイッチング素子13、及び第2スイッチング素子14としては、例えば、NチャネルFET(field effect transistor)が用いられる。本実施形態では、第1スイッチング素子13をハイサイドFET13、第2スイッチング素子をローサイドFET14と称する。
【0016】
ハイサイドFET13のドレイン端子は、入力電源5の正極に接続される。入力電源5の負極は、接地される。ハイサイドFET13のソース端子は、ローサイドFET14のドレイン端子に接続される。ローサイドFET14のソース端子は、接地される(すなわち、接地端子に接続される)。
【0017】
なお、図2に示される電源本体12において、ハイサイドFET13はNチャンネルFETであるが、PチャンネルFETであってもよい。ハイサイドFET13としてPチャンネルFETを適用する場合、ソース端子が入力電源5の正極に接続され、ドレイン端子がローサイドFET14のドレイン端子に接続される。
【0018】
また、図2に示される電源本体12において、ローサイドFET14はNチャンネルFETであるが、PチャンネルFETであってもよい。ローサイドFET14としてPチャンネルFETを適用する場合、ソース端子がハイサイドFET13のソース端子に接続され、ドレイン端子が接地される。
【0019】
電源本体12は、ダイオード15、インダクタとしてのチョークコイル16、及びコンデンサ17を備える。
【0020】
ダイオード15のカソードは、ローサイドFET14のドレイン端子に接続され、ダイオード15のアノードは接地される。チョークコイル16の一端は、ローサイドFET14のドレイン端子に接続され、チョークコイル16の他端は、出力端子11に接続される。
【0021】
コンデンサ17は、出力電圧Voutの変動を抑制して平滑化する機能を有する。コンデンサ17の一端は、出力端子11に接続され、コンデンサ17の他端は接地される。
【0022】
なお、ダイオード15は、ローサイドFET14と一体形成されたボディダイオードを使用しても構わない。
【0023】
電源装置3は、出力電圧Voutが基準電圧の範囲内であるか否かを判定する電圧判定部18を備える。電圧判定部18は、出力端子11に接続される。電圧判定部18は、第1分圧抵抗19、第2分圧抵抗20、A/D(analog-to-digital)コンバータ21、第1基準電圧生成回路22、第2基準電圧生成回路23、及び判定回路24を備える。
【0024】
第1分圧抵抗19の一端は、出力端子11に接続され、第1分圧抵抗19の他端は、第2分圧抵抗20の一端に接続される。第2分圧抵抗20の他端は、接地される。A/Dコンバータ21は、第1分圧抵抗19と第2分圧抵抗20との接続ノードに接続される。
【0025】
第1分圧抵抗19及び第2分圧抵抗20は、コンデンサ17の両端子間の電位差Vc(=Vout)を分圧して、A/Dコンバータ21の入力電圧Vdに変換する。A/Dコンバータ21は、分圧された電圧Vdを一定時間毎にサンプリングして、デジタル値に変換する。A/Dコンバータ21の出力は、判定回路24に送られる。
【0026】
第1基準電圧生成回路22は、第1基準電圧Vref1に基づくデジタル値を生成する。第2基準電圧生成回路23は、第2基準電圧Vref2に基づくデジタル値を生成する。第1基準電圧生成回路22及び第2基準電圧生成回路23のデジタル値は、判定回路24に送られる。
【0027】
判定回路24は、A/Dコンバータ21から出力される電圧Vdのデジタル値と、第1基準電圧生成回路22によって生成された、第1基準電圧Vref1に基づくデジタル値、及び第2基準電圧生成回路23によって生成された、第2基準電圧Vref2に基づくデジタル値とを比較する。そして、判定回路24は、出力電圧Voutが、基準電圧の範囲内であるか否か、すなわち、第1基準電圧Vref1以上かつ第2基準電圧Vref2以下の範囲内にあるか否かを判定する。
【0028】
第1基準電圧Vref1、及び第2基準電圧Vref2は、許容される出力電圧Voutの変動の範囲内において、任意に設定された電圧であり、Vref2>Vref1の関係を満たす電圧である。
【0029】
電源装置3は、スイッチ駆動部25を備える。スイッチ駆動部25は、電圧判定部18による出力電圧Voutの判定結果に基づいて、出力電圧Voutを、第1基準電圧Vref1と第2基準電圧Vref2との間の電圧に制御するようにハイサイドFET13及びローサイドFET14を動作させる。スイッチ駆動部25は、電圧判定部18と、ハイサイドFET13のゲート端子及びローサイドFET14のゲート端子との間に配置され、それぞれに接続される。
【0030】
スイッチ駆動部25は、パルス幅変調回路26(以下、PWM(pulse width modulation) 回路26と称する)、ハイサイドFET13を動作させるための第1駆動回路27、及びローサイドFET14を動作させるための第2駆動回路28を備える。
(【0031】以降は省略されています)

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