DE102019102820A1

DE102019102820A1 - Pulsleistungsquellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102019102820A1
Application number: DE102019102820.5A
Authority: DE
Inventors: Masaki Kanesaki; Nobuhisa Yamaguchi; Shoichi Takemoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2019-08-08
Also published as: US20190245525A1; JP2019140714A

Abstract

Es ist eine Pulsleistungsquellenvorrichtung offenbart, die einer Pulslastschaltung (80) eine Antriebsleistung zuführt, wobei die Pulslastschaltung (80) periodisch Pulsstrom erzeugt, der aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen mit der Antriebsleistung besteht. Die Pulsleistungsquellenvorrichtung beinhaltet eine Gleichspannungserzeugungseinheit (30), die eine Gleichspannungsausgangsspannung (Vdcout) erzeugt, die dem Pulslastkreis zugeführt wird, und eine Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit (72), die ein Antriebssignal erzeugt, das den Pulslastkreis antreibt, um den Pulsstrom zu erzeugen. Die durch die Ausgabe des Pulsstroms gesunkene Gleichstrom-Ausgangsspannung wird so gesteuert, dass ein Zeitpunkt, zu dem die Gleichstrom-Ausgangsspannung ein Bezugspotential (Vref) erreicht, einem Zeitpunkt entspricht, zu dem ein nachfolgender Pulsstrom erzeugt wird, wobei das Bezugspotential ein Potential ist, das den Puls erzeugen kann.

Description

HINTERGRUND
(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Pulsleistungsquellenvorrichtung.
(Beschreibung ähnlichen Stands der Technik)
Bei einer Pulsleistungsquellenvorrichtung, die eine Pulslastschaltung, die Pulsstrom erzeugt, mit einer Antriebsleistung bzw. einer Ansteuerleistung versorgt, wurde eine Technik verwendet, um der Pulslastschaltung eine stabile Leistungsquellenspannung zuzuführen.
So offenbart beispielsweise das japanische Patent Nr. JP 3 639 217 eine Leistungsquellenvorrichtung für eine Pulslastschaltung, die erkennt, ob sich die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers ändert oder nicht, indem sie Detektionssignale einer Spannungsdetektorschaltung und einer Stromdetektorschaltung mit einem Referenzsignal vergleicht. Wenn sich die Ausgangsspannung ändert, steuert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers so, dass die Gleichspannung zum Pulslastkreis konstant ist.
Wenn der Pulsstrom fließt, sinkt die Ausgangsspannung von Gleichspannungserzeugern wie beispielsweise DC/DC-Wandlern schnell. Bei herkömmlichen Leistungsquellengeräten erholt sich die Ausgangsspannung nach dem Abfallen schnell. Um die Spannung der Pulsleistungsquelle zu stabilisieren, muss die Gleichspannungserzeugungsvorrichtung eine hohe Ausgangsleistung abgeben. Wenn die Eingangsspannung zur Gleichspannung relativ niedrig ist, ist ein großer Strom erforderlich, um die erforderliche Leistung zu gewährleisten. Daher fließt ein kurzzeitiger Strom im Leistungskreis und verursacht Pulsation bzw. Schwankungen, und auch die Stromkapazität bzw. Strombelastbarkeit der Schaltungskomponenten muss zunehmen, und so nimmt die (Bau-)Größe der Pulsleistungsquellenvorrichtung zu. In der oben genannten Patentliteratur werden solche Probleme jedoch nicht erwähnt, d.h. die Reduzierung einer momentanen Leistung oder die Vermeidung einer Pulsation werden nicht erwähnt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände getätigt und diese sieht eine Pulsleistungsquelle vor, die die momentane Leistung und Pulsation reduziert.
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Pulsleistungsquellenvorrichtung vor, die einer Pulslastschaltung (80) eine Antriebsleistung zuführt, wobei die Pulslastschaltung periodisch Pulsstrom erzeugt, der aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden (Im)Pulsen mit der Antriebsleistung besteht. Die Pulsleistungsquellenvorrichtung beinhaltet eine Gleichspannungserzeugungseinheit (30), die eine Gleichspannungsausgangsspannung (Vdcout) erzeugt, die dem Pulslastkreis zugeführt wird; und eine Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit (72), die ein Antriebssignal erzeugt, das den Pulslastkreis antreibt, um den Pulsstrom zu erzeugen. Die durch die Ausgabe des Pulsstroms abfallende Gleichstrom-Ausgangsspannung wird so gesteuert, dass ein Zeitpunkt, zu dem die Gleichstrom-Ausgangsspannung ein Bezugspotential (Vref) erreicht, einem Zeitpunkt entspricht, zu dem ein nachfolgender Pulsstrom erzeugt wird, wobei das Bezugspotential als ein zur Erzeugung des Pulsstroms geeignetes Potential eingestellt wird.
Gemäß dieser Pulsleistungsquellenvorrichtung wird die Ausgangsspannung so gesteuert, dass ein Zeitpunkt, zu dem sich eine abgesenkte Ausgangsspannung der Gleichspannungserzeugungseinheit (die aufgrund der Ausgabe des Pulsstroms abgenommen wurde) erholt, um das Bezugspotential (Vref) zu erreichen, einem Erzeugungszeitpunkt des nachfolgenden Pulsstroms entspricht. Als ersten Aspekt steuert das Gleichspannungserzeugungsgerät, nachdem die Ausgangsspannung aufgrund der Ausgabe des Pulsstroms gesenkt wurde, die Ausgangsspannung, um sich allmählich auf das Bezugspotential zu erholen, bis das nachfolgende Pulsstromerzeugungstiming eintritt. Dadurch wird verhindert, dass ein großer Strom durch den Leistungsquellenkreis fließt und auch Pulsationen auftreten. Dadurch kann die Stromkapazität von Schaltungskomponenten reduziert und die Größe der Pulsleistungsquelle kleiner werden.
Vorzugsweise beinhaltet die Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt ferner einen Spannungskomparator (60), der die Gleichspannungsausgangsspannung der Gleichspannungserzeugungseinheit mit dem Bezugspotential vergleicht. Die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit ist konfiguriert, um das Antriebssignal bzw. Antriebssignal zu erzeugen, wenn der Spannungskomparator erkennt, dass die DC-Ausgangsspannung das Bezugspotential erreicht. Daher entspricht nach der Pulsleistungsquellenvorrichtung des ersten Aspekts ein Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung das Bezugspotential erreicht, notwendigerweise einem Erzeugungszeitpunkt des Pulsstroms.
Gemäß einer Konfiguration des ersten Aspekts beinhaltet die Pulsleistungsquellenvorrichtung ferner eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52), die eine Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit steuert, und eine Frequenzberechnungseinheit (51). Die Frequenzberechnungseinheit berechnet eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl und benachrichtigt die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder eine Befehlsdauer, die umgekehrt zur Befehlsfrequenz ist. Die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit ist konfiguriert, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Dauer, die beginnt, wenn die Gleichspannungsausgangsspannung abnimmt, und die endet, wenn das Bezugspotential der Gleichspannung erreicht ist, mit der Befehlsdauer übereinstimmt.
Gemäß der Konfiguration passt das Steuergerät für die Gleichspannungserzeugung die Ausgangsleistung des Gleichspannungserzeugers basierend auf dem erforderlichen Ausgangsleistungssollwert an. Somit reduziert die Pulsleistungsquellen-Erzeugungsvorrichtung die momentane Leistung und unterdrückt auch die Pulsation, wodurch eine entsprechende Steuerung in Abhängigkeit vom Sollwert der Ausgangsleistung durchgeführt werden kann.
Alternativ beinhaltet eine andere Konfiguration des ersten Aspekts weiterhin eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52), die eine Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit steuert, und eine Frequenzberechnungseinheit (51). Die Frequenzberechnungseinheit (51) berechnet eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl und benachrichtigt die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder eine Befehlsdauer, die das inverse der Befehlsfrequenz ist. Die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit ist konfiguriert, um das Antriebssignal basierend auf der Befehlsdauer zu erzeugen. Die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit ist konfiguriert, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Dauer, die beginnt, wenn die Gleichspannungsausgangsspannung abnimmt, und die endet, wenn das Bezugspotential der Gleichspannung erreicht ist, mit der Befehlsdauer übereinstimmt.
Gemäß dieser Konfiguration, basierend auf der Befehlsfrequenz oder der von der Frequenzberechnungseinheit berechneten Befehlsdauer, arbeiten die Gleichspannungserzeugungseinheit und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit zusammen, um sowohl die Referenzspannungsreichweite als auch den Erzeugungszeitpunkt des Pulsstroms zu steuern. Auch in dieser Konfiguration ist die Pulsleistungsquelle in der Lage, die momentane Leistung zu reduzieren und auch die Pulsation zu unterdrücken, wodurch in Abhängigkeit vom Sollwert der Ausgangsleistung eine entsprechende Steuerung ausgeführt werden kann.
Eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Gleichspannungserzeugungseinheit (30), eine Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit (72), eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52) und eine Frequenzberechnungseinheit (51). Die Gleichspannungserzeugungseinheit erzeugt eine Gleichspannungsausgangsspannung (Vdcout), die dem Pulslastkreis zugeführt wird. Die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit erzeugt ein Antriebssignal, das den Pulslastkreis antreibt, um den Pulsstrom zu erzeugen. Das Steuergerät zur Gleichspannungserzeugung schaltet eine auf einen festen Wert eingestellte Ausgangsleistung des Gleichspannungserzeugers zwischen einem EIN- und AUS-Zustand. Die Frequenzberechnungseinheit berechnet eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl und benachrichtigt die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder eine Befehlsdauer, die umgekehrt zur Befehlsfrequenz ist.
Die Pulslast-Signalerzeugungseinheit ist konfiguriert, um das Antriebssignal bzw. ein Antriebssignal basierend auf der Befehlsdauer zu erzeugen. Die Gleichspannungserzeugungseinheit ist konfiguriert, um nach Absenken der Gleichspannungsausgangsspannung aufgrund der Ausgabe des Pulsstroms eine feste Leistung auszugeben, die größer ist als eine Ausgangsleistung, die einer maximalen Pulsfrequenz des Pulsstroms entspricht. Außerdem ist die Gleichspannungserzeugungseinheit konfiguriert, um den Betrieb während einer Zeitspanne nach dem Erfassen oder Schätzen der Ausgangsspannung, die ein Bezugspotential erreicht hat, bis zum Abschluss der Befehlsdauer zu stoppen. Das Bezugspotential ist ein Potential, das einen Puls erzeugen kann.
Gemäß der Pulsleistungsquellenvorrichtung des zweiten Aspekts, die der maximalen Pulsfrequenz des Pulsstroms entspricht, bei der die Pulslastschaltung in der Lage ist, den Pulsstrom zu erzeugen, wird die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit auf einen festen Wert eingestellt, der kleiner oder gleich der maximalen Leistung ist. Ist die Befehlsfrequenz kleiner als die maximale Pulsfrequenz, stoppt die Gleichspannungserzeugungseinheit den Betrieb, nachdem die Ausgangsspannung das Bezugspotential erreicht hat, bis der Pulsstrom erzeugt wird. Da die Gleichspannungserzeugungseinheit immer mit einer Ausgangsleistung arbeitet, die kleiner oder gleich der Nennleistung ist, d.h. innerhalb eines hocheffizienten Betriebsbereichs arbeitet, wird der Betriebswirkungsgrad verbessert.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

1 eine Gesamtkonfiguration einer Pulsleistungsquellenvorrichtung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ein Steuerblockdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
3 eine Grafik, die einen Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstrom und der Pulsfrequenz darstellt;
4 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ein Steuerblockdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
6 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
7 ein Steuerblockdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
8 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
9 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
10 ein Steuerblockdiagramm einer Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
11 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
12 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
13 ein Steuerblockdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der fünften und sechsten Ausführungsform darstellt;
14 ein Zeitdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;
15 ein Zeitdiagramm, das eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt; und
16 ein Zeitdiagramm, das eine konventionelle Pulsleistungsvorrichtung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im Folgenden die Ausführungsformen der Pulsleistungsquellenvorrichtung beschrieben. In den Ausführungsformen werden die gleichen Bezugszeichen auf im Wesentlichen die gleichen Konfigurationen angewendet, und ihre entsprechende Erläuterung entfällt. Zu beachten ist, dass die ersten bis sechs Ausführungsformen als „vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet werden können. Die Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform liefert eine Antriebsleistung an eine Pulslastschaltung, wie beispielsweise eine Entladelast oder eine Laservorrichtung, um periodisch einen Pulsstrom an die Pulslastschaltung zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration einer konventionellen Pulsleistungsquelle beschrieben. Eine Pulsleistungsquellenvorrichtung 20 ist zwischen einer Batterie 15 als Gleichleistungsquelle und einer Pulslastschaltung 80 vorgesehen. Die Pulsleistungsquellenvorrichtung beinhaltet einen Filter 25, einen DC/DC-Wandler 30 und einen Kondensator 35. Der Filter 25 ist konfiguriert aus einem Blindwiderstand 36, durch den ein Batteriestrom Ib fließt, und einer LC-Schaltung mit den Kondensatoren 27 und 28, die parallel mit der Batterie 15 verbunden sind.
Der Eingangsstrom Iin nach dem Filter 25 wird dem DC/DC-Wandler 30 zugeführt. Gemäß einem Beispiel in 1 dient der DC/DC-Wandler 30 als nicht isolierte Verstärkerschaltung mit einem Induktor 31, einer Diode 32 und einem Schaltelement 33 und gibt durch Betätigen des Schaltelements 33 eine erhöhte Eingangsspannung Vin aus. Als DC/DC-Wandler kann alternativ auch eine isolierte Konfiguration mit einem Transformator verwendet werden. Die vom DC/DC-Wandler 30 ausgegebene DC-Ausgangsspannung Vdcout wird in den Kondensator 35 geladen und an den Pulslastkreis 80 angelegt.
Im Pulslastkreis 80 sind zwischen der Hochspannungsleitung und der Niederspannungsleitung zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente 81 und 82 vorgesehen, und der Zwischenpunkt zwischen den Schaltelementen 81 und 82 ist mit der Pulslast 85 verbunden. Wenn das hochseitige Schaltelement 81 eingeschaltet und das niederseitige Schaltelement 82 ausgeschaltet wird, fließt der im Pulslastkreis 80 erzeugte Pulsstrom Ipulseout durch die Pulslast 85.
So kann beispielsweise der Pulslastkreis 80 als Entladungsblindwiderstand einer Ozonerzeugungsvorrichtung verwendet werden, die Ozon erzeugt, indem sie Hochspannungsimpulsleistung zwischen Elektroden liefert, um Sauerstoffmoleküle mit Sauerstoffradikalen zu reagieren. Im Folgenden wird die Frequenz des Pulsstroms Ipulseout als „Impulsfrequenz“ bezeichnet und eine Dauer des Pulsstroms Ipulseout, d.h. die Umkehrung der Pulsfrequenz, wird als „Impulsperiode“ bezeichnet. Zu beachten ist, dass je höher die Pulsfrequenz, d.h. je kürzer die Pulsdauer ist, desto mehr steigt die Menge des erzeugten Ozons.
Hier wird ein Betrieb einer herkömmlichen Pulsleistungsquellenvorrichtung in einem Zeitdiagramm von 16 dargestellt. Die horizontale Achse jedes Zeitdiagramms ist als Zeitachse definiert, und in den jeweiligen Zeitdiagrammen entfällt die Bezeichnung „Zeit“. 16 veranschaulicht eine Änderung des Pulsstroms Ipulseout, der Ausgangsspannung Vdcout und des Eingangsstroms Iin. Der Eingangsstrom Iin korreliert mit der Ausgangsleistung, wobei ein Betrag des Eingangsstroms Iin zu einer Steigerungsrate der Ausgangsspannung Vdcout reflektiert. Außerdem ist im Pulslastkreis 80 eine Spannung, die in der Lage ist, einen Pulsstrom zu erzeugen, Ipulseout ein Bezugspotential Vref.
Wenn der Pulsstrom Ipulseout ausgegeben wird, entsteht durch den Spannungsabfall der Ausgangsspannung Vdcout eine Spannungslücke zwischen dem Bezugspotential Vref und dem Vdcout. Diese Spannungslücke wird kompensiert, indem der Kondensator 35 mit der vom DC/DC-Wandler 30 gelieferten elektrischen Ladung geladen wird. Das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung V des DC/DC-Wandlers 30, dem Ausgangsstrom I, der elektrischen Ladung Q und der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 35 und einer Ladezeit t wird durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt. $V = Q / C$
$Q = I \times t$
Mit den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich das Folgende betreffend die Wiederherstellung der abfallenden Ausgangsspannung Vdcout als Bezugspotential Vref: je größer der Strom I, desto kürzer die Ladezeit t, d.h. die Wiederherstellungszeit der Ausgangsspannung Vdcout. Nach der herkömmlichen Technik arbeitet der DC/DC-Wandler unmittelbar nach der Ausgabe des Pulsstroms Ipulseout, um den Kondensator 35 mit großer Leistung zu versorgen, wodurch sich die Ausgangsspannung Vdcout erholt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Pulsbreite des Pulsstroms Ipulseout kleiner oder gleich 1µs und die Pulsdauer etwa das 10-fache der Pulsbreite, d.h. kleiner oder gleich 10µs, angenommen. In diesem Fall ist zur Stabilisierung der Ausgangsspannung Vdcout des DC/DC-Wandlers 30 eine große Menge an Leistung erforderlich. Wenn die Spannung der Batterie 15 relativ niedrig ist, wird außerdem ein großer Strom benötigt, um die Leistung zu sichern.
Daher verhält sich der Eingangsstrom Iin wie ein Pulsationsstrom, der periodisch zwischen dem kurzzeitig fließenden Spitzenstrom zu einem Zeitpunkt, an dem sich die Spannung erholt, und dem Batteriestrom Ib zu einem anderen Zeitpunkt variiert. Da auch die Stromkapazität für den Kondensator 35, den Blindwiderstand des Filters 25 und dergleichen erhöht werden muss, ergibt sich ein Problem, dass die Größe der Pulsleistungsquellenvorrichtung zunehmen kann.
In diesem Zusammenhang ist die Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform konfiguriert, um eine Reduzierung der momentanen Leistung zu erreichen und zu verhindern, dass der Pulsstrom entsteht, wenn sich die Ausgangsspannung Vdcout des DC/DC-Wandlers 30 erholt, nachdem der Pulsstrom Ipulseout über die Pulslastschaltung 80 ausgegeben wurde. Darüber hinaus vermeidet die Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Notwendigkeit einer großen Strommenge und unterdrückt so eine Erhöhung der Stromkapazität von Schaltungskomponenten. Dadurch wird die Größe der Pulsleistungsquellenvorrichtung reduziert. Im Folgenden wird die Konfiguration der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und deren Funktionsbeispiel für jede Ausführungsform beschrieben. Als Referenznummer für jede Pulsleistungsquellenvorrichtung von Ausführungsformen ist die niedrigste Ziffer nach der Zahl 20 definiert als die entsprechende Nummer der Ausführungsform.
(Erste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 wird eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 2 dargestellt, ist die Pulsleistungsquellenvorrichtung 201, ähnlich der in 1 dargestellten Gesamtkonfiguration, mit einem Filter 25, einem DC/DC-Wandler 30 und einem Kondensator 35 ausgestattet. Der DC/DC-Wandler 30 ist mit einem Eingangsspannungssensor 41 und einem Eingangsstromsensor 42 auf dessen Eingangsseite und dem Ausgangsspannungssensor 43 auf dessen Ausgangsseite versehen. Ein DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 gibt die der Eingangsspannung Vin und dem Eingangsstrom Iin entsprechenden Erfassungswerte ein. Ein Spannungskomparator 60 gibt den Erfassungswert der Ausgangsspannung Vdout ein und vergleicht den Erfassungswert mit dem Bezugspotential Vref.
Als Steuerungskonfiguration des DC/DC-Wandlers 30 beinhaltet die Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 eine Frequenzberechnungseinheit 51 und die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52. Als Steuerungskonfiguration des Pulslastkreises 80, eines Spannungskomparators 60 und einer Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72. Der DC/DC-Wandler 30 und das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 entsprechen dem „DC-Spannungserzeugungsgerät“ bzw. dem „DC-Spannungserzeugungssteuergerät“.
Die Frequenzberechnungseinheit 51 berechnet die Pulsfrequenz des Pulsstroms Ipulseout basierend auf der von einer Steuervorrichtung oder dergleichen angewiesenen Ausgangsleistung, die einen Betriebszustand der Pulslast 85 steuert, und benachrichtigt die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 über die berechnete Frequenz als „Befehlsfrequenz“ oder „Befehlsperiode“, die invers zur Befehlsfrequenz ist. Zu beachten ist, dass je höher die Betriebsanforderung der Pulslast 85 ist, desto höher die erforderliche Pulsfrequenz ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die Befehlsfrequenz und die Befehlsdauer separat beschrieben, da die Befehlsdauer für einen Vergleich in Bezug auf eine Zeitachse im Zeitdiagramm nützlich ist. Tatsächlich kann entweder die Frequenz oder die Periode als Sollwert gemeldet und bei Bedarf eine umgekehrte Berechnung durchgeführt werden.
Die Frequenzberechnungseinheit 51 speichert basierend auf einem Diagramm in 3 eine Beziehung zwischen dem Ausgangsleistungs-Sollwert und der Pulsfrequenz. Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Ladezeit des Kondensators 35 mit dem Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers 30 auf eine Pulsperiode, d.h. das Inverse der Pulsfrequenz, eingestellt. Die vorstehend beschriebene Gleichung wird modifiziert, um die folgende Gleichung (3) zu erhalten, die die Pulsfrequenz f ausdrückt. $f = (1 / t) = I / Q$
Gemäß der Gleichung (3) ist die Pulsfrequenz proportional zur Ausgangsleistung, wenn angenommen wird, dass die Ausgangsspannung Vdcout konstant ist, da die Pulsfrequenz proportional zum Ausgangsstrom I ist. Wie in der Grafik von 3 dargestellt, weist die Pulsfrequenz daher ein proportionales Verhältnis zum Sollwert der Ausgangsleistung auf. Wenn davon ausgegangen wird, dass ein Verhältnis zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung im DC/DC-Wandler konstant ist, kann durch die Verwendung der Eingangsleistung der Ausgangsstrom und die Pulsfrequenz indirekt gesteuert werden.
Die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 steuert die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 30 so, dass eine Periode, die beginnt, wenn die Ausgangsspannung Vdcout abnimmt, und die endet, bis das Bezugspotential Vref durch die Ausgangsspannung Vdcout erreicht wird, als Befehlsperiode eingestellt wird.
Der Spannungskomparator 60 vergleicht die Ausgangsspannung Vdcout mit dem Bezugspotential Vref. Die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 erzeugt ein Antriebssignal, das den Pulslastkreis 80 antreibt, um den Pulsstrom Ipulseout zu erzeugen. Insbesondere erzeugt die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform ein Antriebssignal, wenn der Spannungskomparator 60 erkennt, dass die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vref erreicht. Mit anderen Worten, als Triggerereignis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vdcout und dem Bezugspotential Vref Null wird, ermöglicht die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 der Pulslastschaltung 80 die Erzeugung des Pulsstroms Ipulseout.
Ein Funktionsbeispiel einer ersten Ausführungsform wird anhand eines Zeitdiagramms in 4 beschrieben. Ähnlich wie in 6, das eine Technik nach dem Stand der Technik darstellt, zeigt 4 eine Änderung der Ausgangsspannung Vdcout und des Eingangsstroms Iin. Der Eingangsstrom Iin korreliert mit der Ausgangsleistung, und ein Betrag des Eingangsstroms Iin wird in einer Anstiegsrate der Ausgangsspannung Vdcout reflektiert.
Gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung Vdcout des DC/DC-Wandlers 30 das Bezugspotential Vref erreicht, der Pulsstrom Ipulseout am Pulslastkreis 80 durch das von der Pulslastantriebssignalerzeugungsschaltung erzeugte Antriebssignal erzeugt. Ein Timing, bei dem die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vdcout erreicht, entspricht also zwangsläufig einem Erzeugungs-Timing des Pulsstroms Ipulseout.
Im Folgenden werden „Ausgabe des Pulsstroms durch den DC/DC-Wandler 30“ und „Erzeugung des Pulsstroms durch den Pulslastkreis 80“ weggelassen und als „Impulsausgabe“ und „Impulserzeugung“ bezeichnet. Weiterhin wird ein Timing, wenn die Ausgangsspannung Vdcout das Referenzpotential Vref erreicht, als „Referenz-Potential-Reichweiten-Timing“ bezeichnet und eine Zeit zum Erreichen des Referenzpotentials Vref als „Referenz-Potential-Reichweitenzeit“ bezeichnet.
Im Timing-Diagramm wird aus Gründen der Übersichtlichkeit eine Pulszahl sequentiell auf die jeweiligen Ipulseout-Stromimpulse angewendet, und dies beginnend mit der Pulszahl „1“. So wird beispielsweise in der Spezifikation die Impulszahl zum Pulsstrom addiert, wie z.B. „erster Impuls“, „zweiter Impuls“ usw.. So wird beispielsweise in der Spezifikation die Impulszahl zum Impulsstrom addiert, wie z.B. „erster Impuls“, „zweiter Impuls“ usw. Außerdem werden Zahlen wie (*1), (*2) zu Teilen von Anmerkungen im Timing-Diagramm hinzugefügt, die in der Spezifikation angegeben werden. Diese Pulszahlen und die Anmerkungen werden für jede Zeichnung separat verwendet.
In einem Beispiel in 4 ist der Ausgangsleistungs-Sollwert relativ niedrig, die Befehlsfrequenz hoch und die Befehlsdauer lang über einen Zeitraum vom ersten Pulsausgang bis zum dritten Pulsausgang. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Anstiegsrate der Ausgangsspannung Vdcout relativ gering. Andererseits ist der Ausgangsleistungs-Sollwert während eines Zeitraums vom dritten Pulsausgang bis zum sechsten Pulsausgang relativ hoch, und es ist die Befehlsfrequenz niedrig und die Befehlsdauer lang. Zu diesem Zeitpunkt ist die Anstiegsrate der Ausgangsspannung Vdcout relativ hoch. Somit ändert das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Befehlsfrequenz.
Gemäß einem Beispiel in 4 wird der Ausgangsleistungs-Sollwert während eines Zeitraums vom zweiten Pulsausgang bis zum dritten Pulsausgang auf eine Anstiegsseite geändert. Unter der Annahme, dass das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 die Änderung des Ausgangsleistungs-Sollwerts in die Steuerung sofort erfasst, wird der Betrieb durch (*1) mit einer Zwei-Punkt-Kettenlinie angezeigt, in der der dritte Puls früher ausgegeben wird. In diesem Fall kann sich die Pulsdauer vom zweiten Ausgang zum dritten Ausgang unerwartet ändern.
Um das oben genannte Problem zu vermeiden, erfasst die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 in der vorliegenden Ausführungsform bei Änderung des in die Frequenzberechnungseinheit 51 eingegebenen Ausgangsleistungs-Sollwerts die Änderung des Ausgangsleistungs-Sollwerts in der Steuerung zu einem Zeitpunkt, der mit dem nächsten Ausgangszeitpunkt des Pulsstroms Ipulseout synchronisiert ist. Zu beachten ist, dass „ein Timing, das mit dem Ausgabetiming synchronisiert wird“, nicht auf ein Timing beschränkt ist, das dem Ausgabetiming entspricht, sondern es ist auch ein Timing umfasst, das um eine vorbestimmte Zeit vom Ausgabetiming verschoben wird.
Gemäß einem Beispiel in 4 erfasst die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 die Änderung des Ausgangsleistungs-Sollwerts in die Steuerung zu einem Zeitpunkt, zu dem die Befehlsperiode ab dem Zeitpunkt der zweiten Pulsausgabe verstrichen ist, und erhöht den Eingangsstrom Iin wie durch (*2) angezeigt. Diese Änderungszeit ist gleich der dritten Pulsausgabezeit. Im Folgenden wird die stabile Pulsausgabe basierend auf dem geänderten Ausgangsleistungs-Sollwert fortgesetzt. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration und Funktionsweise weist die Pulsleistungsquelle 201 der ersten Ausführungsform folgende Effekte auf.

(1) Gemäß der Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 entspricht ein Timing, bei dem sich ein abgefallener Ausgangsspannungs-Vdcout des DC/DC-Wandlers 30 (der aufgrund der Ausgabe des Pulsstroms Ipulseout abgefallen ist) erholt, um das Bezugspotential Vref zu erreichen, einem Erzeugungstiming des nachfolgenden Pulsstroms Ipulseout. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Ausgangsspannung Vdcout nicht sofort auf das Bezugspotential Vref zurückgesetzt, und es wird verhindert, dass ein großer Teil des Stroms in den Stromkreis fließt und eine Strompulsation bzw. Stromschwankung entsteht. Dadurch kann die Stromkapazität von Schaltungskomponenten reduziert und die (Bau-)Größe der Pulsleistungsquelle kann kleiner werden.
(2) Gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 das Antriebssignal, wenn der Spannungskomparator 60 bestimmt, dass die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vref erreicht. Daher kann gemäß der Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 das Bezugspotentialerreichungstiming der Ausgangsspannung Vdcout und das Pulsstrom-Impulserzeugungstiming notwendigerweise gleich sein.
(3) Die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 steuert die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der von der Frequenzberechnungseinheit 51 berechneten Pulsfrequenz basierend auf dem Ausgangsleistungs-Sollwert, so dass die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout mit der Befehlsperiode übereinstimmt. Dementsprechend steuert die Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30 in Abhängigkeit vom Ausgangsleistungs-Sollwert entsprechend.

(Zweite Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 wird eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die Pulsleistungsquellenvorrichtung 202 gemäß der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform beinhaltet weiterhin einen Betriebszeitenzähler 62 als „Betriebszeitüberwachungseinheit“ im Vergleich zur Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Betriebsstundenzähler 62 empfängt ein Vergleichsergebnissignal, das vom Spannungskomparator 60 an die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 gesendet wird. Der Betriebszeitzähler 62 überwacht eine tatsächliche Betriebsdauer von der Absenkung der Ausgangsspannung Vdcout des DC/DC-Wandlers 30 bis zur Erreichung des Bezugspotentials Vref durch die Ausgangsspannung Vdcout und gibt das Ergebnis an das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 zurück. Die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 steuert die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 30 so, dass die Abweichung zwischen der tatsächlichen Betriebsdauer, die vom Betriebszeitenzähler 62 zurückgemeldet wird, und der Befehlsdauer nahezu Null ist.
In dem in 6 dargestellten Zeitdiagramm wird ein Betriebsbeispiel einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Gemäß der in 6 dargestellten Konfiguration sind der Pulsstrom Ipulseout, die Ausgangsspannung Vdcout und der Eingangsstrom Iin identisch mit denen der ersten in 4 dargestellten Ausführungsform, und es wird ein Zählwert des Betriebszeitenzählers 62 addiert. Der Zählwert des Betriebszeitzählers 62 wird zurückgesetzt, wenn der Pulsstrom Ipulseout auftritt, wodurch die Ausgangsspannung Vdcout unter das Bezugspotential Vref sinkt, und der Zählwert des Betriebszeitzählers 62 steigt mit einer konstanten Anstiegsrate im Laufe der Zeit.
Wenn im DC/DC-Wandler 52 der Eingangsstrom Iin (d.h. die Ausgangsleistung) entsprechend der Sollfrequenz entsprechend gesteuert wird, entspricht die Spitze des Zählwertes dem Sollwert des Zählers entsprechend der Sollperiode. Für den Fall, dass der Ausgangsleistungs-Sollwert während eines Zeitraums vom zweiten Pulsausgang zum dritten Pulsausgang auf eine Anstiegsseite geändert wird, wird der Sollwert für die Zählwerte des Eingangsstroms Iin und des Betriebszeitzählers 62 zum Zeitpunkt des dritten Pulsausgangs geändert.
In dem Fall, dass der Eingangsstrom Iin, wie in (*3) dargestellt, beim vierten Pulsausgang entsprechend geändert wird, entspricht die Spitze des Zählwertes dem geänderten Sollwert. Andererseits, wenn die Spitze des Zählwertes vom Sollwert abweicht, steuert das DC/DC-Wandlersteuergerät 52 die Ausgangsleistung so, dass die Abweichung vom Sollwert gegen Null geht. Somit kann die tatsächliche Betriebsdauer genau gleich der von der Frequenzberechnungseinheit 51 berechneten Befehlsdauer sein.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben. Gemäß der Pulsleistungsquellenvorrichtung 203 der in 7 dargestellten dritten Ausführungsform stellt die Frequenzberechnungseinheit 51 im Vergleich zur Pulsleistungsquellenvorrichtung 202 der zweiten Ausführungsform das Bezugspotential Vref als variabel ein und steuert den Spannungskomparator 60 an, das variable Bezugspotential zu empfangen. Außerdem sendet die Frequenzberechnungseinheit 51 eine Pulsbreite an die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72. Somit ist die Pulsleistungsquelle 203 in der Lage, die Wellenform der Ausgangsspannung Vdcout flexibel zu erzeugen. Weiterhin ist zwischen dem Spannungskomparator 60 und der Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 eine Periodenbegrenzungseinheit 64 vorgesehen, um zu verhindern, dass der Pulsstrom Ipulseout bei abnehmendem Bezugspotential Vref unbeabsichtigt kontinuierlich auftritt.
Ein Betriebsbeispiel für die dritte Ausführungsform ist in den Zeitdiagrammen der 8 und 9 dargestellt. Im Beispiel von 8 steigt das Bezugspotential von Vref1 auf Vref2 im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie die zweite Pulsausgabezeit. Da der Eingangsstrom Iin hingegen konstant ist, erhöht sich die Bezugspotentialerreichungszeit der Ausgangsspannung Vdcout, und wie mit (*1) angegeben, tritt eine positive Abweichung bezüglich des Sollwerts zwischen dem Zählerwert unmittelbar vor dem dritten Pulsausgang und dem Sollwert auf.
Nach dem dritten Pulsausgang, wenn der Eingangsstrom Iin ansteigt, wird die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout zu kurz, so dass eine negative Abweichung gegenüber dem Sollwert zwischen dem Zählerwert unmittelbar vor dem vierten Pulsausgang und dem Sollwert entsteht. Anschließend, nach dem vierten Pulsausgang, wenn der Eingangsstrom Iin nach dem fünften Pulsausgang allmählich abnimmt, entspricht der Zählerwert unmittelbar vor dem sechsten Pulsausgang dem Sollwert. Nach diesem Zeitpunkt wird der stabile Pulsausgang fortgesetzt.
In einem Beispiel in 9 verringert sich das Bezugspotential von Vref1 auf Vref2 im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie die zweite Pulsausgabezeit. Die Ausgangsspannung Vdcout nach dem zweiten Pulsausgang ist höher als das Bezugspotential Vreg2 und der Eingangsstrom Iin wird konstant gehalten. Da die Ausgangsspannung Vdcout nach der Änderung höher ist als das Bezugspotential Vref2, gibt das Pulslastantriebssignal, das nach dem zweiten Pulsausgang nacheinander erzeugt wird, sofort den dritten Pulsausgang aus, wenn die Periodenbegrenzungseinheit 64 nicht vorhanden ist.
In diesem Zusammenhang stellt die Periodenbegrenzungseinheit 64 die untere Grenzimpulsdauer Tlim ein und deaktiviert damit den dritten Pulsausgang während der unteren Grenzimpulsdauer Tlim nach dem zweiten Pulsausgang. Nach Ablauf der unteren Grenzimpulsdauer Tlim nach dem Pulsausgang wird dann der dritte Puls ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Zählerwert, wie durch (*1) angegeben, nicht den Sollwert. Unmittelbar nach dem dritten Pulsausgang ist die Ausgangsspannung Vdcout etwas niedriger als das Bezugspotential Vref2.
Nach der Ausgabe des dritten Pulses nimmt der Eingangsstrom Iin leicht ab, erreicht aber unmittelbar nach dem Anstieg der Ausgangsspannung das Bezugspotential Vdcout. In diesem Moment, da er sich innerhalb einer Zeitspanne vom dritten Pulsausgang bis zur unteren Grenzimpulsperiode Tlim befindet, ist der vierte Pulsausgang deaktiviert. Nach Ablauf der unteren Pulsperiode Tlim vom dritten Pulsausgang wird dann der vierte Puls ausgegeben. Außerdem erreicht der Zählerwert zu diesem Zeitpunkt, wie mit (*2) angegeben, nicht den Sollwert. Unmittelbar nach der Ausgabe des vierten Pulses liegt die Ausgangsspannung Vdcout ausreichend unter dem Bezugspotential Vref2.
Nach der Ausgabe des vierten Pulses nimmt der Eingangsstrom Iin weiter ab. Die Ausgangsspannung Vdcout erreicht nach Ablauf der unteren Grenzimpulsdauer Tlim das Bezugspotential Vref2 und der fünfte Puls wird ausgegeben. Auch zu diesem Zeitpunkt, wie mit (*3) angegeben, erreicht der Zählerwert den Sollwert nicht. Nach der Ausgabe des fünften Pulses nimmt der Eingangsstrom Iin weiter ab. Dann entspricht das nächste Timing, bei dem die Ausgangsspannung Vdcout anschließend das Bezugspotential Vref erreicht und der sechste Puls ausgegeben wird, dem Timing, bei dem der Zähler den Sollwert erreicht. Danach wird der stabile Pulsausgang wiederholt.
Wie bei der dritten Ausführungsform beschrieben, wird das Bezugspotential Vref in Abhängigkeit vom Befehl der Frequenzberechnungseinheit 51 geändert, wobei der Pulsstrom Ipulseout mit einem gewünschten Potential ausgegeben werden kann. In einer Übergangsperiode, in der das Bezugspotential Vref geändert wird, bis hin zu einem Variationsbereich der Ausgangsspannung Vdcout, der der Änderung des Bezugspotentials folgt, tritt jedoch eine Abweichung zwischen der Bezugspotentialerreichungszeit des Ausgangsspannung Vdcout und der Befehlsperiode auf. Insbesondere bei einer Verringerung des Bezugspotentials Vref kann durch Einstellen der unteren Grenzimpulsdauer Tlim, auch wenn die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential früher erreicht, eine nachfolgende Pulsausgabe in kurzer Zeit vermieden werden.
(Vierte Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 wird eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Gemäß einer Pulsleistungsquellenvorrichtung 204 der vierten Ausführungsform wird im Vergleich zur Pulsleistungsquellenvorrichtung 203 der dritten Ausführungsform die Ausgangsspannung Vdcout während der Pulsausgabe über den Ausgangsspannungssensor 43 an die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 zurückgeführt. Zu beachten ist, dass „während des Pulsausgangs“ nicht auf den Zeitraum beschränkt ist, in dem der Pulsstrom Ipulseout ausgegeben wird, sondern das dies auch ein Timing unmittelbar vor der Ausgabe beinhaltet. Die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 steuert die Ausgangsleistung so, dass eine Abweichung zwischen dem Erfassungswert der rückgekoppelten Ausgangsspannung Vdcout und dem Bezugspotential Vref gegen Null geht. Weiterhin ist, ähnlich wie bei der Pulsleistungsquellenvorrichtung 203 gemäß der dritten Ausführungsform, die Periodenbegrenzungseinheit 64 vorgesehen.
Ein Betriebsbeispiel für die vierte Ausführungsform ist in den Zeitdiagrammen der 11 und 12 dargestellt. In einem Beispiel in 11 steigt das Bezugspotential von Vref1 auf Vref2. Somit wird, wie mit (*1) angegeben, nach dem zweiten Pulsausgang die Abweichung zwischen der abgesenkten Ausgangsspannung Vdcout und dem geänderten Bezugspotential Vref2 groß. Da die Abweichung groß ist, wird erwartet, dass die Bezugspotentialerreichungszeit der Ausgangsspannung Vdcout länger wird als die Befehlsperiode.
In diesem Zusammenhang erhöht die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 den Eingangsstrom Iin so, dass die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout mit der Befehlsperiode übereinstimmt und somit die Ausgangsleistung erhöht wird. Dadurch wird der dritte Puls zu einem Zeitpunkt ausgegeben, zu dem der Zählerwert den Sollwert erreicht, d.h. zu einem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Befehlsperiode.
Nach dem dritten Pulsausgang, wie mit (*2) angegeben, wird die Abweichung zwischen der abgesenkten Ausgangsspannung Vdcout und dem Bezugspotential Vref2 klein. Da die Abweichung gering ist, wird erwartet, dass die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout kürzer ist als die Befehlsperiode. In diesem Zusammenhang verringert die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 den Eingangsstrom Iin so, dass die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout mit der Befehlsperiode übereinstimmt und damit die Ausgangsleistung sinkt. Dadurch wird der vierte Puls zu einem Zeitpunkt ausgegeben, zu dem der Zählerwert den Sollwert erreicht, d.h. ein Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Befehlsperiode.
Somit wird gemäß der vierten Ausführungsform die Ausgangsspannung Vdcout an das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 zurückgemeldet, wobei die Bezugspotential-Erreichzeit der Ausgangsspannung Vdcout auch unmittelbar nach Änderung des Bezugspotentials Vref gleich der Befehlsperiode sein kann.
Gemäß einem Beispiel von 12 sinkt das Bezugspotential auf das Vref2 aus dem Vref 1 zu einem Zeitpunkt, der im Wesentlichen mit dem Zeitpunkt des zweiten Pulsausgangs übereinstimmt. Da die Ausgangsspannung Vdcout nach dem zweiten Pulsausgang höher ist als das geänderte Bezugspotential Vref2, setzt das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 den Eingangsstrom Iin auf 0, um die Ausgangsspannung Vdcout nicht weiter zu erhöhen. Wenn jedoch keine Zeitbegrenzungseinheit 64 vorgesehen ist, wird der dritte Puls sofort durch das Pulslastantriebssignal ausgegeben, das nacheinander nach dem zweiten Pulsausgang erzeugt wird.
In diesem Zusammenhang stellt die Periodenbegrenzungseinheit 64 die untere Grenzimpulsdauer Tlim ein und deaktiviert damit den dritten Pulsausgang während der unteren Grenzimpulsdauer Tlim nach dem zweiten Pulsausgang. Nach Ablauf der unteren Grenzimpulsdauer Tlim vom Pulsausgang wird dann der dritte (Im-)Puls ausgegeben. Da der dritte Puls nicht von der Rückführung ausgegeben wird, wie mit (*1) angegeben, erreicht der Zählerwert nicht den Sollwert. Die Ausgangsspannung Vdcout unmittelbar nach dem dritten Pulsausgang liegt ausreichend unter dem Bezugspotential Vref2.
Das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 stellt den Eingangsstrom Iin so ein, dass die Bezugspotential-Erreichzeit der nachfolgenden Ausgangsspannung Vdcout gleich der Befehlsperiode ist, und dies basierend auf einer Abweichung zwischen der Ausgangsspannung Vdcout unmittelbar nach dem dritten Pulsausgang und dem Bezugspotential Vref2. Infolgedessen entspricht der Ausgabezeitpunkt des vierten Pulses, wie mit (*2) angegeben, einem Zeitpunkt, zu dem der Zählerwert den Sollwert erreicht, d.h. einem Zeitpunkt, der von der Befehlsperiode abhängt. Anschließend werden die nachfolgenden Pulsausgangszeiten rückgekoppelt, um der Befehlsperiode zu entsprechen.
(Fünfte Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 13 und 14 wird eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. Gemäß einer Pulsleistungsquellenvorrichtung 205 einer fünften in 13 dargestellten Ausführungsform ist der Spannungskomparator 50 im Gegensatz zur Pulsleistungsquellenvorrichtung 201 der ersten Ausführungsform nicht enthalten. Außerdem berechnet die Frequenzberechnungseinheit 51 die Pulsfrequenz basierend auf dem Ausgangsleistungssollwert und benachrichtigt die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 über die Pulsfrequenz als Befehlsfrequenz oder Befehlsperiode. Die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 erzeugt, unabhängig vom Betrieb des DC/DC-Wandlers 30, das Antriebssignal in Abhängigkeit von der Befehlsdauer zur Erzeugung des Pulsstroms Ipulseout am Pulslastkreis 80.
Die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 steuert die Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 30 so, dass die Bezugspotential-Erreichzeit der nachfolgenden Ausgangsspannung Vdcout gleich dem Befehl period. Moreover ist, gemäß einem Beispiel in 13 wird die Ausgangsspannung Vdcout während der Pulsausgabe an die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 zurückgemeldet. Diese Feedback-Steuerung ist nicht erforderlich. Durch die Verwendung der Rückkopplungssteuerung kann jedoch die Ausgangsspannung Vdcout entsprechend angepasst werden.
Ein Betriebsbeispiel gemäß der fünften Ausführungsform ist im Zeitdiagramm von 14 dargestellt. Der Ausgangsleistungs-Sollwert am ersten Pulsausgang ist relativ niedrig und die Befehlsdauer ist relativ lang. In der Mitte des Zeitraums vom ersten Pulsausgang bis zum zweiten Pulsausgang wird der Ausgangsleistungs-Sollwert ein erstes Mal geändert, und die Änderung des Ausgangsleistungs-Sollwerts wird der Steuerung zum Zeitpunkt des zweiten Pulsausgangs mitgeteilt. Zu diesem Zeitpunkt wird im DC/DC-Wandler-Steuergerät 52, wie mit (*1) angegeben, der Eingangsstrom Iin auf Erhöhen und der Zählersollwert auf Verringern geändert. Außerdem wird in der Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 ein Erzeugungszeitpunkt des nachfolgenden Antriebssignals geändert. Wenn also der Ausgangsleistungs-Sollwert geändert wird, wird der geänderte Wert zu einem Zeitpunkt, der mit dem nachfolgenden Pulsausgangstermin synchronisiert ist, an die Steuerung reflektiert, wodurch die Pulsfrequenz stabilisiert wird.
Anschließend wird der Ausgangsleistungs-Sollwert als zweites Mal in der Mitte einer Periode vom zweiten Pulsausgang zum dritten Pulsausgang geändert, um den Ausgangsleistungs-Sollwert weiter zu erhöhen, und der geänderte Wert spiegelt sich in der Steuerung beim dritten Pulsausgangszeitpunkt wider. Zu diesem Zeitpunkt wird im DC/DC-Wandler-Steuergerät 52, wie mit (*2) angegeben, der Eingangsstrom Iin auf weiteren Anstieg und der Zählersollwert auf weiteren Abfall geändert. Außerdem wird in der Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 der Erzeugungszeitpunkt des nachfolgenden Antriebssignals erneut geändert.
Gemäß den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen erzeugt die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 das Antriebssignal zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung Vdcout des DC/DC-Wandlers das Bezugspotential erreicht, um den Pulsstrom Ipulseout an der Pulslastschaltung 80 zu erzeugen. Mit anderen Worten folgt die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 lediglich dem Betriebsergebnis des DC/DC-Wandlers 30.
Im Gegensatz dazu arbeiten die DC/DC-Wandlersteuereinheit 52 und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72 nach der fünften Ausführungsform, basierend auf der Befehlsfrequenz oder der von der Frequenzberechnungseinheit 51 berechneten Befehlsperiode, kooperativ, um sowohl die Bezugspotentialreichweite als auch den Erzeugungszeitpunkt des Pulsstroms Ipulseout zu steuern. Auch in dieser Konfiguration reduziert die Pulsleistungsquelle 205 die momentane Leistung und unterdrückt auch die Pulsation, wodurch in Abhängigkeit vom Sollwert der Ausgangsleistung eine entsprechende Steuerung ausgeführt werden kann.
(Sechste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf 15 wird eine Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben. Die Konfiguration der Pulsleistungsquellenvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ist ähnlich wie die der Pulsleistungsquellenvorrichtung 205 gemäß der fünften Ausführungsform, und nur der Betrieb der DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform. In der sechsten Ausführungsform darf die vom Ausgangsspannungssensor 43 erfasste Ausgangsspannung Vdcout nicht an die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 zurückgeführt werden.
Gemäß der sechsten Ausführungsform schaltet das DC/DC-Wandler-Steuergerät 52 die auf einen festen Wert eingestellte Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers 30 zwischen dem EIN- und AUS-Zustand. Mit anderen Worten, im Gegensatz zur fünften Ausführungsform, bei der die Ausgangsleistung mehrstufig von 0 auf den Maximalwert geändert wird, wird die Ausgangsleistung zweistufig geändert, wobei entweder 0 oder ein fester Wert gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet wird. Der Festwert der Ausgangsleistung wird als die Ausgangsleistung eingestellt, die der maximalen Pulsfrequenz des Pulsstroms Ipulseout oder mehr entspricht. Zu beachten ist, dass der Festwert der Ausgangsleistung vorzugsweise auf einen Wert eingestellt werden kann, der eine Marge bzw. Sicherheitsspanne in Bezug auf die maximale Nennleistung aufweist.
Der DC/DC-Wandler 30 gibt nach Absenken der Ausgangsspannung Vdcout aufgrund des Auftretens des Pulsstroms Ipulseout eine feste Leistung aus. Gemäß einer Konfiguration, bei der die Ausgangsspannung Vdcout über den Ausgangsspannungssensor 43 rückgekoppelt wird, stoppt der DC/DC-Wandler 30 den Betrieb während einer Zeitspanne, von der die Ausgangsspannung Vdcout tatsächlich das Bezugspotential erreicht, bis zum Ende der Befehlsperiode. Gemäß einer Konfiguration, bei der die Ausgangsspannung Vdcout nicht rückgekoppelt ist, stoppt der DC/DC-Wandler 30 den Betrieb während einer Zeitspanne, von der die Ausgangsspannung Vdcout basierend auf der Ausgangsleistung geschätzt wird, um das Bezugspotential Vref zu erreichen, bis hin zum Ende der Befehlsperiode.
Ein Betriebsbeispiel für die sechste Ausführungsform ist im Zeitdiagramm von 15 dargestellt. Der Eingangsstrom Iin ist ein konstanter Wert oder 0. Wenn der Eingangsstrom Iin konstant ist, ist eine Anstiegsrate der Ausgangsspannung Vdcout konstant, und wenn der Eingangsstrom Iin 0 ist, ändert sich die Ausgangsspannung Vdcout nicht. Während eines Zeitraums vom ersten Pulsausgang von der ersten Pulsausgabe bis zum dritten Pulsausgang bzw. der dritten Pulsausgabe wird der der maximalen Pulsfrequenz fmax entsprechende Ausgangsleistungssollwert bestimmt und als Puls mit einer minimalen Periode Tmin ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vref zu einem Pulsausgangszeitpunkt.
In der Mitte einer Periode vom zweiten Pulsausgang bis zum dritten Pulsausgang wird der Ausgangssollwert geändert und der geänderte Wert wird zur Steuerung der DC/DC-Wandlereinheit 52 zu einem Zeitpunkt reflektiert, der mit dem Zeitpunkt des dritten Pulsausgangs synchronisiert ist. Dadurch wird die Befehlsfrequenz auf einen Wert geändert, der kleiner als die maximale Pulsfrequenz Fmax ist, und die Befehlsdauer wird auf länger als die minimale Pulsdauer Tmin eingestellt.
Dementsprechend stoppt der DC/DC-Wandler 30, wie unter (*1) und (*2) angegeben, nachdem die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vref erreicht hat, den Betrieb, bis der nächste Puls kommt. Da der DC/DC-Wandler 30 also immer mit einer Ausgangsleistung kleiner oder gleich der Nennleistung arbeitet, d.h. innerhalb eines hocheffizienten Betriebsbereichs arbeitet, wird der Betriebswirkungsgrad verbessert.
(Andere Ausführungsform)

(a) Die Gleichspannungserzeugungseinheit ist nicht auf einen DC/DC-Wandler beschränkt, der die Gleichspannung in Gleichspannung umwandelt, sondern dieser kann auch als AC/DC-Wandler konfiguriert werden, der die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt.
b) In einem System, in dem die Betriebsanforderung an die Pulslast 85 konstant und der Ausgangsleistungs-Sollwert konstant ist, könnten die Frequenzberechnungseinheit 51 und die DC/DC-Wandler-Steuereinheit 52 nicht vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit 72, ähnlich wie bei den ersten bis vierten Ausfiihrungsformen, ein Antriebssignal zu einem Zeitpunkt erzeugen, zu dem die Ausgangsspannung Vdcout das Bezugspotential Vref erreicht, und den Pulsstrom Ipulseout an der Pulslastschaltung 80 erzeugen.
(c) Der DC/DC-Wandler 30 ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, bei der pro Zeitimpulsausgang ein Pulsstrom Ipulseout ausgegeben wird, sondern eine Vielzahl von Pulsstrrömen Ipulseout ausgegeben werden kann.
d) Die „Betriebszeitüberwachungseinheit“ ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, in der ein Zähler in einer kleinen Einheit diskret die Zeit zählt, sondern es kann eine Konfiguration verwendet werden, in der eine Betriebszeit basierend auf einem Sensorwert des von einem Ausgangsspannungssensor 43 ausgegebenen Analogsignals überwacht wird.
(e) Wenn der Ausgangsleistungs-Sollwert geändert wird, ist ein Zeitpunkt, zu dem der geänderte Wert zur Steuerung des DC/DC-Wandlers reflektiert wird, nicht auf den unmittelbar nächsten Pulsausgangszeitpunkt beschränkt, sondern es kann ein Zeitpunkt sein, der mit einem Zeitpunkt synchronisiert wird, der nach dem zweiten Zeitimpulsausgangszeitpunkt liegt. Weiterhin kann die Steuerung in der Mitte der Pulsausgabezeit geändert werden, solange ein kooperativer Betrieb zwischen dem DC/DC-Wandler30 und dem Pulslastkreis 80 möglich ist.

Wie beschrieben, beschränkt sich die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3639217 [0003]

Claims

Pulsleistungsquellenvorrichtung, die einer Pulslastschaltung (80) eine Antriebsleistung zuführt, wobei die Pulslastschaltung periodisch einen Pulsstrom erzeugt, der aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen mit der Antriebsleistung besteht, wobei die Vorrichtung das Folgende umfasst: eine Gleichspannungserzeugungseinheit (30), die eine Gleichspannungsausgangsspannung (Vdcout) erzeugt, die der Pulslastschaltung zugeführt wird; und eine Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit (72), die ein Antriebssignal erzeugt, das den Pulslastkreis antreibt, um den Pulsstrom zu erzeugen, wobei die Gleichstrom-Ausgangsspannung, die durch die Ausgabe des Pulsstroms sinkt, so gesteuert wird, dass ein Zeitpunkt, zu dem die Gleichstrom-Ausgangsspannung ein Bezugspotential (Vref) erreicht, einem Zeitpunkt entspricht, zu dem ein nachfolgender Pulsstrom erzeugt wird, wobei das Bezugspotential als ein zur Erzeugung des Pulsstroms geeignetes Potential eingestellt ist.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner einen Spannungskomparator (60) umfasst, der die Gleichspannungsausgangsspannung der Gleichspannungserzeugungseinheit mit dem Bezugspotential vergleicht; und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um das Antriebssignal zu erzeugen, wenn der Spannungsvergleicher erkennt, dass die DC-Ausgangsspannung das Bezugspotential erreicht.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ferner das Folgende umfasst: eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52), die eine Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit steuert; und eine Frequenzberechnungseinheit (51), die eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl berechnet und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder eine Befehlsperiode benachrichtigt, die invers zur Befehlsfrequenz vorgesehen ist, die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Periode von dem Zeitpunkt, an dem die Gleichspannungsausgangsspannung abnimmt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Gleichspannungsausgangsspannung das Bezugspotential erreicht, mit der Befehlsperiode übereinstimmt.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung ferner eine Betriebszeitüberwachungseinheit (62) umfasst, die eine tatsächliche Betriebszeit, die von dem Zeitpunkt an, an dem die Gleichspannungsausgangsspannung der Gleichspannungserzeugungseinheit abnimmt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Gleichspannungsausgangsspannung das Bezugspotential erreicht, definiert ist, überwacht, und diese ein Überwachungsergebnis an die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit zurückgibt; und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Betriebsdauer, die von der Betriebsdauer der überwachenden Einheit zurückgemeldet wird, und der Befehlsdauer nahezu Null ist.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Frequenzberechnungseinheit konfiguriert ist, um das Bezugspotential als variabel einzustellen und den Spannungskomparator anzuweisen, das variable Bezugspotential zu empfangen.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner das Folgende umfasst: eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52), die eine Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit steuert; und eine Frequenzberechnungseinheit (51), die eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl berechnet und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder über eine Befehlsperiode benachrichtigt, die invers zur Befehlsfrequenz ist, die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um das Antriebssignal basierend auf der Befehlsperiode zu erzeugen; und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Periode, die mit dem Abnehmen der Gleichspannungsausgangsspannung beginnt und die beim Erreichen des Bezugspotentials der Gleichspannungsausgangsspannung endet, als Befehlsperiode eingestellt wird.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Gleichspannungsausgangsspannung der Gleichspannungserzeugungseinheit an die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit zurückgeführt wird, während der Pulsstrom ausgegeben wird; und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit so zu steuern, dass eine Abweichung zwischen der rückgeführten Gleichspannungsausgangsspannung und dem Bezugspotential nahe Null liegt.
Pulsleistungsquellenvorrichtung, die einer Pulslastschaltung (80) eine Antriebsleistung zuführt, wobei die Pulslastschaltung periodisch einen Pulsstrom erzeugt, der aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen mit der Antriebsleistung besteht, wobei die Vorrichtung das Folgende umfasst: eine Gleichspannungserzeugungseinheit (30), die eine Gleichspannungsausgangsspannung (Vdcout) erzeugt, die der Pulslastschaltung zugeführt wird; eine Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit (72), die ein Antriebssignal erzeugt, das die Pulslastschaltung antreibt, um den Pulsstrom zu erzeugen; eine Gleichspannungserzeugungssteuereinheit (52), die eine auf einen festen Wert eingestellte Ausgangsleistung der Gleichspannungserzeugungseinheit zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand schaltet; und eine Frequenzberechnungseinheit (51), die eine Pulsfrequenz des Pulsstroms basierend auf einem Ausgangsleistungsbefehl berechnet und die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit und die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit über eine berechnete Frequenz als Befehlsfrequenz oder eine Befehlsperiode benachrichtigt, die invers zur Befehlsfrequenz ist, wobei die Pulslastantriebssignalerzeugungseinheit konfiguriert ist, um das Antriebssignal basierend auf der Befehlsperiode zu erzeugen; und die Gleichspannungserzeugungseinheit konfiguriert ist, um nach dem Absenken der Gleichspannungsausgangsspannung durch Ausgabe des Pulsstroms eine feste Leistung auszugeben, die größer als eine Ausgangsleistung ist, die einer maximalen Pulsfrequenz des Pulsstroms entspricht, und um den Betrieb während einer Zeitspanne nach dem Erfassen oder Schätzen der Ausgangsspannung, die ein Bezugspotential (Vref) erreicht hat, bis zum Abschluss der Befehlsperiode zu stoppen, wobei das Bezugspotential ein Potential ist, das einen Puls erzeugen kann.
Pulsleistungsquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei wenn der in die Frequenzberechnungseinheit eingegebene Ausgangsleistungssollwert geändert wird, die Gleichspannungserzeugungssteuereinheit die Änderung des Ausgangsleistungssollwerts in die Steuerung zu einem Zeitpunkt erfasst, der mit dem nachfolgenden Ausgangszeitpunkt des Pulsstroms synchronisiert ist.