DE102016112648B4 - Digital gesteuerte stromquelle mit einem gleichstromumrichter in aufeinanderfolgenden stufen - Google Patents

Digital gesteuerte stromquelle mit einem gleichstromumrichter in aufeinanderfolgenden stufen Download PDF

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Abstract

Digital gesteuerte Stromquelle (1), umfassend:AD-Wandler (5a, 5b, 5c, 5d), die Spannungen in numerische Werte umwandeln;eine arithmetische Verarbeitungseinheit (4), die digitale Berechnungen der von den AD-Wandlern umgewandelten numerischen Werte durchführt;eine PWM-Generatoreinheit (3), die auf der Grundlage von Befehlswerten der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) PWM-Signale erzeugt, undeinen Leistungsschaltkreis (2), der auf der Grundlage der von der PWM-Generatoreinheit (3) ausgegebenen PWM-Signale einen Spannungswert ausgibt,wobei die digital gesteuerte Stromquelle (1) eine Ausgangsklemme (13) aufweist, an die Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) angeschlossen werden, wobeidie digital gesteuerte Stromquelle (1) weiterhin enthälteine Spannungsüberwachungseinheit (6), die Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) unter Verwendung der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) überwacht, undeine Änderungseinheit (7), die einen Einstellwert einer Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle (1) im Vorfeld auf einen groben oberen Grenzwert innerhalb eines Toleranzbereichs der Ausgangsspannung einstellt und die die Befehlswerte der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) derart ändert, dass der Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Wert der Ausgangsspannung geändert wird, wenn die Spannungsüberwachungseinheit (6) erfasst, dass der Wert der Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) voreingestellte Grenzwerte überschreitet.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine digital gesteuerte Stromquelle mit einer Ausgangsklemme, an die Gleichstromumrichter angeschlossen werden.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In einem Stromkreis mit Gleichstromumrichtern für einen oder mehrere Kanäle in einer nachfolgenden Stufe kann ein Einschaltstrom der Gleichstromumrichter in der nachfolgenden Stufe einen plötzlichen Spannungsabfall verursachen. Als Techniken zum Senken eines derartigen plötzlichen Spannungsabfalls sind beispielsweise Stromkreise, die das Einschalten eines Gleichstromumrichters mithilfe von Kondensatoren, Zenerdioden und/oder dergleichen hinauszögern, bis eine Eingangsspannung konstant ist, wodurch ein Ausgangsspannungswert auf einen bestimmten Bereich begrenzt wird, in der JP 2002-49 430 A und JP 2005-198 454 A offenbart. Ein Stromkreis, in dem der Einfluss der Einschaltströme und des plötzlichen Spannungsabfalls durch das Zwischenschalten eines Stromkreises zur Unterdrückung des Einschaltstroms aus Thermistoren oder dergleichen zwischen eine gesteuerte Stromquelle und einen Gleichstromumrichter gesenkt wird, ist in der JP H10- 290 524 A offenbart.
  • 3 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Stromkreises für eine digital gesteuerte Stromquelle gemäß dem Stand der Technik.
  • In dem Stromkreis führt eine arithmetische Verarbeitungseinheit 4 eine digitale Berechnung auf der Grundlage eines Werts für eine Ausgangsspannung Vaus1 durch, die über einen AD-Wandler 5 zurückgespeist wird und Befehlswerte auf der Grundlage der Berechnung an eine PWM-Generatoreinheit 3 ausgibt. Die PWM-Generatoreinheit 3 erzeugt und gibt PWM-Signale auf der Grundlage der Befehlswerte der arithmetischen Verarbeitungseinheit 4 aus und ein Leistungsschaltkreis 2 gibt auf der Grundlage der ausgegebenen PWM-Signale eine Spannung Vaus1 aus. Die von dem Leistungsschaltkreis 2 ausgegebene Spannung Vaus1 lässt einen Einschaltstrom Iaus1 , durch einen Gleichstromumrichter 12a fließen, wonach eine Spannung Vaus2 ausgegeben wird. Ein Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms 11 ist bereitgestellt, um eine Menge des plötzlich fließenden Stroms zu begrenzen.
  • Eine Kurve in 4A zeigt eine Änderung des Stroms und der Spannungen beim Einschalten des Stromkreises, der in 3 dargestellt ist und in dem der Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms 11 aus Thermistoren oder dergleichen nicht vorhanden ist und eine Kurve in 4B zeigt eine Änderung des Stroms und der Spannungen beim Einschalten des Stromkreises, der in 3 dargestellt ist und in dem der Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms 11 aus Thermistoren oder dergleichen vorhanden ist.
  • Im Stromkreis, in dem der Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms 11 nicht vorhanden ist, kann, wie in 4A dargestellt, ein plötzlicher Spannungsabfall der Ausgangsspannung Vaus1 der digital gesteuerten Stromquelle 1 durch ein plötzliches Einfließen des Einschaltstroms Iaus1 am Gleichstromumrichter 12a der nachfolgenden Stufe ausgelöst werden.
  • Im Stromkreis, in dem der Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms 11 vorhanden ist, kann im Gegensatz dazu, wie in 4B dargestellt, der plötzlicher Spannungsabfall der Ausgangsspannung Vaus1 der digital gesteuerten Stromquelle 1 durch die aufgezwungene Begrenzung des Einschaltstroms Iaus1 unterdrückt werden.
  • Die aufgezwungene Begrenzung des Einschaltstroms durch Bereitstellen des Schaltkreises zur Unterdrückung des Einschaltstroms verursacht jedoch ein Problem, da die Verlängerung der Anstiegszeit an der Stromquelle zu einer unzureichenden Anforderungssequenz beim Einschalten führen kann. Ein Verfahren, in dem Spannungsschwankungen beim Einschalten durch Kondensatoren unterdrückt werden, verursacht ein Problem, da die Notwendigkeit von Kondensatoren mit hoher Kapazität die Verkleinerung der Stromquelle hemmt.
  • Die US 2008 / 0 252 277 A1 zeigt eine digital gesteuerte Spannungsquelle mit einem A/D-Wandler, einer digitalen Spannungssteuerungseinheit, einer PWM-Generatoreinheit und einem Leistungsschaltkreis, der basierend auf dem PWM Signal eine Spannung ausgibt.
  • Die US 2012 / 0 262 141 A1 zeigt ein System mit mehreren DC/DC-Wandlern an einer Versorgungseinheit und einem übergeordnetem Master Control IC.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer digital gesteuerten Stromquelle, wobei die Anstiegszeit ohne Erhöhung der Kapazität von Ausgangskondensatoren eines Stromkreises verkürzt werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße digital gesteuerte Stromquelle umfasst AD-Wandler, die Spannungen in numerische Werte umwandeln, eine arithmetische Verarbeitungseinheit, die digitale Berechnungen der von den AD-Wandlern umgewandelten numerischen Werte durchführt, eine PWM-Generatoreinheit, die auf der Grundlage von Befehlswerten der arithmetischen Verarbeitungseinheit PWM-Signale erzeugt, und einen Leistungsschaltkreis, der auf der Grundlage der von der PWM-Generatoreinheit ausgegebenen PWM-Signale einen Spannungswert ausgibt und eine Ausgangsklemme aufweist, an die Gleichstromumrichter angeschlossen werden. Die digital gesteuerte Stromquelle enthält weiterhin eine Spannungsüberwachungseinheit, die Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter unter Verwendung der arithmetischen Verarbeitungseinheit überwacht, und eine Änderungseinheit, die einen Einstellwert einer Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle im Vorfeld auf einen groben oberen Grenzwert innerhalb eines Toleranzbereichs der Ausgangsspannung einstellt und die die Befehlswerte der arithmetischen Verarbeitungseinheit derart ändert, dass der Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Wert der Ausgangsspannung geändert wird, wenn die Spannungsüberwachungseinheit erfasst, dass der Wert der Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter voreingestellte Grenzwerte überschreitet.
  • Erfindungsgemäß können die Werte der Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle auf den Toleranzbereich von Schwankungen begrenzt sein, da der Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen Wert in der Nähe des oberen Grenzwerts innerhalb des Toleranzbereichs von Schwankungen eingestellt ist, selbst wenn durch einen Einschaltstrom der Gleichstromumrichter in einer nachfolgenden Stufe ein großer Spannungsabfall verursacht wird. Damit sind Ausgangskondensatoren mit hoher Kapazität nicht länger erforderlich, sodass die Kapazität der Ausgangskondensatoren eines Stromkreises verringert werden kann. Weiterhin kann die Anstiegszeit verkürzt werden, da der Einschaltstrom der Gleichstromumrichter in der nachfolgenden Stufe ohne notwendige Begrenzungen erhöht werden kann.
  • Figurenliste
  • Die vorstehend genannten und anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
    • 1 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Stromkreises darstellt, der eine digital gesteuerte Stromquelle gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält;
    • 2 ein Diagramm, in dem eine Ausgangsspannung des Stromkreises in 1 und eine Ausgangsspannung von Gleichstromumrichtern und ein Einschaltstrom in einer Kurve dargestellt sind;
    • 3 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Stromkreises gemäß dem Stand der Technik;
    • 4A ein Diagramm, in dem eine Änderung von Strom und Spannungen beim Einschalten des in 3 dargestellten Stromkreises dargestellt ist, der keinen Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms enthält; und
    • 4B ein Diagramm, in dem eine Änderung von Strom und Spannungen beim Einschalten des in 3 dargestellten Stromkreises dargestellt ist, der einen Schaltkreis zur Unterdrückung des Einschaltstroms enthält.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Die Konfigurationen sind identisch mit oder ähnlich denjenigen des Standes der Technik, die unter Bezugnahme auf 3 bis 4B und unter Verwendung derselben Bezugszeichen dafür beschrieben sind.
  • In einer erfindungsgemäßen digital gesteuerten Stromquelle wird ein Einstellwert einer Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle im Vorfeld auf einen Wert in der Nähe eines oberen Grenzwerts innerhalb eines Toleranzbereichs von Schwankungen eingestellt. Selbst wenn ein Spannungsabfall durch Einschaltströme verursacht wird, die während der Anstiegszeit von Gleichstromumrichtern in einer nachfolgenden Stufe fließen, ermöglicht eine solche Einstellung, den Wert der Ausgangsspannung auf den Toleranzbereich von Schwankungen zu begrenzen, da der Einstellwert der Ausgangsspannung im Vorfeld auf einen vergleichsweise hohen Wert eingestellt wurde. Demzufolge kann der Einschaltstrom der Gleichstromumrichter ohne Begrenzung erhöht und die Anstiegszeit der Stromquelle verkürzt werden.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Stromkreises darstellt, der eine digital gesteuerte Stromquelle gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält.
  • In den Stromkreis wird eine Eingangsspannung Vein über einen Kondensator 8 in die digital gesteuerte Stromquelle 1 eingespeist und dann von dem Leistungsschaltkreis 2 umgewandelt, sodass eine Ausgangsspannung Vaus1 an der Ausgangsklemme 13 ausgegeben wird. Gleichstromumrichter 12a, 12b, 12c, ..., deren Anzahl der Anzahl an Kanälen entspricht, sind in einer nachfolgenden Stufe davon mit der digital gesteuerten Stromquelle 1 verbunden. Die Spannung Vaus1 der digital gesteuerten Stromquelle 1, die über einen Kondensator 9 eingespeist wird, wird von den Gleichstromumrichtern 12a, 12b, 12c, ... in Spannungen Vaus2 , Vaus3 , Vaus4 , ... umgewandelt, die über die Kondensatoren 10a, 10b, 10c, ... ausgegeben werden.
  • Der Einstellwert der Ausgangsspannung wird für die digital gesteuerte Stromquelle 1 eingestellt und die arithmetische Verarbeitungseinheit 4 berechnet Befehlswerte auf der Grundlage des Werts der Ausgangsspannung Vaus1 , die über den AD-Wandler 5a zurückgespeist wird, sodass der Einstellwert der Ausgangsspannung gleich der Ausgangsspannung Vaus1 ist, und die arithmetische Verarbeitungseinheit 4 gibt die Befehlswerte an die PWM-Generatoreinheit 3 aus. Die PWM-Generatoreinheit 3 erzeugt und gibt PWM-Signale auf der Grundlage der von der arithmetischen Verarbeitungseinheit 4 erhaltenen Befehlswerte aus und die Ausgangsspannung Vaus1 wird von dem Leistungsschaltkreis 2 auf der Grundlage der ausgegebenen PWM-Signale ausgegeben.
  • Die arithmetische Verarbeitungseinheit 4 schließt eine Einheit zur Überwachung der Ausgangsspannung 6 und eine Einheit zum Ändern des Einstellwerts der Ausgangsspannung 7 ein. Die Einheit zur Überwachung der Ausgangsspannung 6 überwacht die Werte der Ausgangsspannung Vaus2 , Vaus3 , Vaus4 , ... der Gleichstromumrichter 12a, 12b, 12c, ..., die über die AD-Wandler 5b, 5c, 5d, ... zurückgespeist werden, und die Einheit zum Ändern des Einstellwerts der Ausgangsspannung 7 ändert den Einstellwert der Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle 1 auf der Grundlage der überwachten Werte der Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter 12a, 12b, 12c, .... Die Einheit zum Ändern des Einstellwerts der Ausgangsspannung 7 ändert den Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen groben oberen Grenzwert der Ausgangsspannung Vaus1 innerhalb eines Toleranzbereichs von Schwankungen davon, der von der digital gesteuerten Stromquelle 1 beim Einschalten des Stromkreises voreingestellt wurde, und ändert den Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Normalwert der Ausgangsspannung zu einem Zeitpunkt, an dem die von den Gleichstromumrichtern 12a, 12b, 12c, ... zurückgespeisten Ausgangsspannungen Vaus2 , Vaus3 , Vaus4 , ... den jeweils voreingestellten Grenzwert für die Ausgangsspannungen überschreiten.
  • 2 ist ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung Vaus1 des Stromkreises in 1, die Ausgangsspannung Vaus2 des Gleichstromumrichters 12a und der Einschaltstrom Iaus1 in einer Kurve dargestellt sind.
  • In dem erfindungsgemäßen, in 2 dargestellten Stromkreis wird der Einstellwert der Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle 1 auf einen groben oberen Grenzwert der Ausgangsspannung Vaus1 innerhalb eines Toleranzbereichs von Schwankungen davon beim Einschalten des Stromkreises eingestellt. Aus diesem Grund kann der Wert der Ausgangsspannung Vaus1 auf den Toleranzbereich von Schwankungen begrenzt werden, selbst wenn durch das Erzeugen eines plötzlichen Einfließens des Einschaltstroms Iaus1 , der durch den Gleichstromumrichter 12a fließt (siehe Pfeil A in 2), ein Spannungsabfall der Ausgangsspannung Vaus1 verursacht wird.
  • Wenn der Wert der Ausgangsspannung Vaus2 des Gleichstromumrichters 12a danach den voreingestellten Grenzwert überschreitet (siehe Pfeil B in 2), wird bestimmt, dass das Einschalten des Stromkreises abgeschlossen ist, und der Einstellwert der Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle 1 wird auf den vorgegebenen Normalwert der Ausgangsspannung eingestellt (siehe Pfeil C in 2). In einer Konfiguration mit einer Mehrzahl von Gleichstromumrichtern wird vorzugsweise bestimmt, dass das Einschalten des Schaltkreises dann abgeschlossen ist, wenn der Wert der Ausgangsspannung aller Gleichstromumrichter den jeweiligen Grenzwert überschreitet.
  • In dieser Konfiguration der erfindungsgemäßen digital gesteuerten Stromquelle kann die Kapazität der Ausgangskondensatoren des Stromkreises verringert werden, selbst wenn durch den Einschaltstrom der Gleichstromumrichter in der nachfolgenden Stufe ein großer Spannungsabfall verursacht wird, da der Einstellwert der Spannung im Vorfeld auf einen Wert in der Nähe des oberen Grenzwerts innerhalb des Toleranzbereichs der Schwankungen eingestellt ist. Weiterhin kann die Anstiegszeit verkürzt werden, da der Einschaltstrom der Gleichstromumrichter in der nachfolgenden Stufe erhöht werden kann.
  • Vorstehend wurde die erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf ein Beispiel dieser vorgehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt und kann mit angemessenen Modifikationen in verschiedenen Formen umgesetzt werden.

Claims (1)

  1. Digital gesteuerte Stromquelle (1), umfassend: AD-Wandler (5a, 5b, 5c, 5d), die Spannungen in numerische Werte umwandeln; eine arithmetische Verarbeitungseinheit (4), die digitale Berechnungen der von den AD-Wandlern umgewandelten numerischen Werte durchführt; eine PWM-Generatoreinheit (3), die auf der Grundlage von Befehlswerten der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) PWM-Signale erzeugt, und einen Leistungsschaltkreis (2), der auf der Grundlage der von der PWM-Generatoreinheit (3) ausgegebenen PWM-Signale einen Spannungswert ausgibt, wobei die digital gesteuerte Stromquelle (1) eine Ausgangsklemme (13) aufweist, an die Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) angeschlossen werden, wobei die digital gesteuerte Stromquelle (1) weiterhin enthält eine Spannungsüberwachungseinheit (6), die Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) unter Verwendung der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) überwacht, und eine Änderungseinheit (7), die einen Einstellwert einer Ausgangsspannung der digital gesteuerten Stromquelle (1) im Vorfeld auf einen groben oberen Grenzwert innerhalb eines Toleranzbereichs der Ausgangsspannung einstellt und die die Befehlswerte der arithmetischen Verarbeitungseinheit (4) derart ändert, dass der Einstellwert der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Wert der Ausgangsspannung geändert wird, wenn die Spannungsüberwachungseinheit (6) erfasst, dass der Wert der Ausgangsspannungen der Gleichstromumrichter (12a, 12b, 12c) voreingestellte Grenzwerte überschreitet.
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