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公開番号2024064001
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-14
出願番号2022172254
出願日2022-10-27
発明の名称スイッチング電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/00 20060101AFI20240507BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電圧を広範囲に外部可変することができ、出力電圧の設定が変更された時でも常に適切な大きさのダミー電流が流れるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】一対の出力端子18の間に接続されてダミー電流Idが流れ込む回路であって、ダミー電流Idが流れ込むことによってダミー電力Pd(=Vo・Id)を発生させるダミー回路22を備える。ダミー回路22は、制御電圧Vsに対応したダミー電流Idを発生させる電圧制御電流源部24と、制御電圧Vsの値を決定する演算部26と、演算部26が決定した値の制御電圧Vsを生成し、電圧制御電流源部24に向けて出力する制御電圧生成部28とで構成される。演算部26には、所定の定数である電力閾値Pth(>0)が設定されており、演算部26は、出力電圧Voの設定値Vor及び出力電流Ioの情報を取得し、Vor・(Id+Io)≧Pthの条件を満たすように制御電圧Vsの値を決定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力電圧を所定の出力電圧Voに変換し、一対の出力端子から前記出力電圧Vo及び出力電流Ioを出力し、負荷に出力電力Po（＝Vo・Io）を供給するスイッチング方式の電力変換回路と、前記一対の出力端子の間に接続されてダミー電流Idが流れ込む回路であって、前記ダミー電流Idが流れ込むことによってダミー電力Pd（＝Vo・Id）を発生させるダミー回路とを備え、
前記電力変換回路は、前記出力電圧Voの設定値Vorを外部可変する機能を有しており、
前記ダミー回路は、直流の制御電圧Vsが入力され、前記制御電圧Vsに対応した前記ダミー電流Idを発生させる電圧制御電流源部と、デジタル演算処理を行って前記制御電圧Vsの値を決定する演算部と、前記演算部が決定した値の前記制御電圧Vsを生成し、前記電圧制御電流源部に向けて出力する制御電圧生成部とで構成され、
前記演算部には、所定の定数である電力閾値Pth（＞0）が設定されており、前記演算部は、前記設定値Vor及び前記出力電流Ioの情報を取得し、Vor・（Id＋Io）≧Pthの条件を満たすように前記制御電圧Vsの値を決定することを特徴とするスイッチング電源装置。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記演算部には、ダミー電力下限値Pdmin（Pth＞Pdmin＞0）が設定されており、前記演算部は、前記設定値Vor及び前記出力電流Ioの情報を取得し、Vor・（Id＋Io）≧Pth及びVor・Id≧Pdminの条件を満たすように前記制御電圧Vsの値を決定する請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
ダミー電力下限値Pdminは、前記出力電流Ioを変数に含む数式によって、前記出力電流Ioが大きい時ほど小さくなるように規定されている請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
ダミー電力下限値Pdminは、前記出力電流Ioを変数に含まない数式によって規定されている請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、前記出力電圧Voが過電圧閾値Vovpを超えると電力変換動作を停止する過電圧保護機能を有し、
前記演算部には、所定の定数である電圧閾値Vth（＞0）が設定されており、前記ダミー電力下限値Pdminを規定する前記数式は、前記設定値VorがVovp－Vth＜Vor＜Vovpの条件を満たす範囲では、前記設定値Vorを変数に含み、Pdmin＜Pthの条件が撤廃されて、前記設定値Vorが高い時ほど前記ダミー電力下限値Pdminが大きくなるように規定されている請求項３又は４記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記制御電圧生成部は、前記演算部が決定した前記制御電圧Vsの値の情報に基づいてデューティが設定される矩形波電圧を出力するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記制御電圧Vsを発生させるローパスフィルタとで構成されている請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧が発生する出力端に、ダミー電力を消費するダミー回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
スイッチング方式の電力変換回路は、出力する電流が一定以下に小さくなると適切に動作することが難しくなる。例えば、電力変換回路が出力する電流がゼロアンペアに近くなると、スイッチング素子がオンオフした時に両端電圧が高速に変化することができず、狙いのゼロボルトスイッチング動作ができなくなったり、スイッチング周期の数倍の周期でパルス抜けが発生して出力リップルが大きくなったりする［軽負荷時の不安定動作の問題］。
【０００３】
また、外部接続された負荷の状態が変化して、電力変換回路が出力する電流が急激にゼロアンペア近くまで小さくなった時、電力変換回路の出力電圧Voが大きく上昇し、且つ出力端に接続されている出力コンデンサが放電されないので、出力電圧Voが高い値に保持され、元の設定値Vorに戻るのに長い時間が掛かってしまう［動的負荷変動の問題］。
【０００４】
これらの問題を回避するため、従来から、出力電圧Voが発生する出力端にダミー抵抗（固定抵抗）を接続することが行われている。ここで、負荷に流れる電流を出力電流Io、ダミー抵抗に流れる電流をダミー電流Idとすると、ダミー抵抗を接続することによって、電力変換回路が出力する電流がIo＋Idとなり、出力電流Ioがゼロになった時でもダミー電流Idが流れるので、上記の２つの問題を発生しにくくすることができる。
【０００５】
その他、特許文献１には、基準となる１つの出力電圧を安定化制御する多出力スイッチング電源であって、基準の出力の出力電流Io（負荷電流）とダミー電流Id（電流可変型ダミー抵抗回路の電流）との和が一定の値になるように制御する多出力スイッチング電源が開示されている。このようにダミー電流Idを制御するのは、基準となる出力以外の出力の出力電圧の変動を低減し安定化することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１６－４２７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
出力電圧Voを広範囲に外部可変できるスイッチング電源装置があるが、出力端にダミー抵抗（固定抵抗）を接続した場合、出力電圧Voが低電圧に設定された時に適量のダミー電流Idが流れる設計にすると、出力電圧Voが高電圧に設定された時のダミー電流Idが必要以上に大きくなり、ダミー抵抗に無駄に大きな損失が発生してしまう。反対に、出力電圧Voが高電圧に設定された時に適量のダミー電流Idが流れる設計にすると、出力電圧Voが低電圧に設定された時のダミー電流Idが不足し、軽負荷時の不安定動作の問題や動的負荷変動の問題を回避できなくなる。これは、特許文献１の多出力スイッチング電源においても同様である。
【０００８】
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、出力電圧を広範囲に外部可変することができ、出力電圧の設定が変更された時でも常に適切な大きさのダミー電流が流れるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、入力電圧を所定の出力電圧Voに変換し、一対の出力端子から前記出力電圧Vo及び出力電流Ioを出力し、負荷に出力電力Po（＝Vo・Io）を供給するスイッチング方式の電力変換回路と、前記一対の出力端子の間に接続されてダミー電流Idが流れ込む回路であって、前記ダミー電流Idが流れ込むことによってダミー電力Pd（＝Vo・Id）を発生させるダミー回路とを備え、
前記電力変換回路は、前記出力電圧Voの設定値Vorを外部可変する機能を有しており、
前記ダミー回路は、直流の制御電圧Vsが入力され、前記制御電圧Vsに対応した前記ダミー電流Idを発生させる電圧制御電流源部と、デジタル演算処理を行って前記制御電圧Vsの値を決定する演算部と、前記演算部が決定した値の前記制御電圧Vsを生成し、前記電圧制御電流源部に向けて出力する制御電圧生成部とで構成され、
前記演算部には、所定の定数である電力閾値Pth（＞0）が設定されており、前記演算部は、前記設定値Vor及び前記出力電流Ioの情報を取得し、Vor・（Id＋Io）≧Pthの条件を満たすように前記制御電圧Vsの値を決定するスイッチング電源装置である。
【００１０】
前記演算部には、ダミー電力下限値Pdmin（Pth＞Pdmin＞0）が設定されており、前記演算部は、前記設定値Vor及び前記出力電流Ioの情報を取得し、Vor・（Id＋Io）≧Pth及びVor・Id≧Pdminの条件を満たすように前記制御電圧Vsの値を決定する。この場合、ダミー電力下限値Pdminは、前記出力電流Ioを変数に含む数式によって、前記出力電流Ioが大きい時ほど小さくなるように規定されている構成にすることができる。あるいは、ダミー電力下限値Pdminは、前記出力電流Ioを変数に含まない数式によって規定されている構成にすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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