JP2001095254A - 制御回路を有する直列共振変換器 - Google Patents
制御回路を有する直列共振変換器Info
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- Y10S323/901—Starting circuits
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、変換器の出力電圧を制御する制御
回路を有する直列共振変換器に関する。 【解決手段】 本発明では、変換器の挙動を改善するた
めに、対応する変換器の出力電圧(uout(t))に
依存する第1の実際値(Uout)を処理し、変換器
(1)の直列共振回路素子(C、L、R)を通じて流れ
る対応する電流(i res(t))に依存する第2の実
際値を処理するために制御回路(8)が設けられ、この
制御回路(8)は、変換器の直列共振回路に供給される
パルス幅変調された電圧(upwm(t))の走査比を
決定する補正変数(u)を供給するために設けられる。
回路を有する直列共振変換器に関する。 【解決手段】 本発明では、変換器の挙動を改善するた
めに、対応する変換器の出力電圧(uout(t))に
依存する第1の実際値(Uout)を処理し、変換器
(1)の直列共振回路素子(C、L、R)を通じて流れ
る対応する電流(i res(t))に依存する第2の実
際値を処理するために制御回路(8)が設けられ、この
制御回路(8)は、変換器の直列共振回路に供給される
パルス幅変調された電圧(upwm(t))の走査比を
決定する補正変数(u)を供給するために設けられる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御回路を有し、
この制御回路によって出力電圧が制御される直列共振変
換器に関する。
この制御回路によって出力電圧が制御される直列共振変
換器に関する。
【0002】このような変換器は、例えば、X線装置の
ための高電圧発生器において使用される。
ための高電圧発生器において使用される。
【0003】このような変換器中には、通常、出力電圧
を安定した状態において一定値で維持するために出力電
圧を制御する制御回路を含む。しかしながら、基本的に
変換器の始動の挙動が問題である。例えば、始動段階に
おける可能な最短の立上がり時間と可能な最小のオーバ
ーシュートとが変換器の安定した状態に速く到達するた
めに望ましい。X線装置において使用されるとき、安定
した状態に最も速く到達する方法が、対応する患者に対
してる有害の望ましくない放射線量を回避する。
を安定した状態において一定値で維持するために出力電
圧を制御する制御回路を含む。しかしながら、基本的に
変換器の始動の挙動が問題である。例えば、始動段階に
おける可能な最短の立上がり時間と可能な最小のオーバ
ーシュートとが変換器の安定した状態に速く到達するた
めに望ましい。X線装置において使用されるとき、安定
した状態に最も速く到達する方法が、対応する患者に対
してる有害の望ましくない放射線量を回避する。
【0004】
【従来の技術】米国特許第5,107,412号より、
X線装置のための高電圧発生器において使用され、所望
の始動の挙動にまだ達しない直列共振変換器が公知であ
る。変換器は、サイリスタを有する全波ブリッジを含
む。電流検出器は、電流の零交差を検出するために設け
られ、この電流は共振回路素子を通じて流れ、全波ブリ
ッジによって運搬される。点弧パルス発生器は、電流検
出器によって検出された零交差に依存してサイリスタを
点弧するために点弧パルスを発生する。これまで導伝す
る別のサイリスタを通じて流れる電流が零に落とされ、
更に、いわゆる回復時間が経過するまで、サイリスタが
点弧されないようサイリスタは制御される。零交差信号
は、逆方向に流れる対応する電流が閾値(is)以下に
落ち、つまり、この値を超えるまで発生されない。変換
器がサイリスタの逆方向における非常に少量の電流とも
動作することを確実にするために、従って、このような
閾値が達しないとき、通常の動作において生じる零交差
信号が点弧パルス後の特定の期間内に発生されないと
き、補助の零交差信号を発生することが提案される。更
に、説明した直列共振変換器は、変換器の出力電圧を制
御するコントローラを有し、このコントローラは、変換
器によって導かれる高電圧の実際値を基準値(公称値)
と比較し、大きさが変換器によって生成された実際の高
電圧と基準値との差によって決定されるコントローラの
出力信号をここでは説明しない方法で導く。
X線装置のための高電圧発生器において使用され、所望
の始動の挙動にまだ達しない直列共振変換器が公知であ
る。変換器は、サイリスタを有する全波ブリッジを含
む。電流検出器は、電流の零交差を検出するために設け
られ、この電流は共振回路素子を通じて流れ、全波ブリ
ッジによって運搬される。点弧パルス発生器は、電流検
出器によって検出された零交差に依存してサイリスタを
点弧するために点弧パルスを発生する。これまで導伝す
る別のサイリスタを通じて流れる電流が零に落とされ、
更に、いわゆる回復時間が経過するまで、サイリスタが
点弧されないようサイリスタは制御される。零交差信号
は、逆方向に流れる対応する電流が閾値(is)以下に
落ち、つまり、この値を超えるまで発生されない。変換
器がサイリスタの逆方向における非常に少量の電流とも
動作することを確実にするために、従って、このような
閾値が達しないとき、通常の動作において生じる零交差
信号が点弧パルス後の特定の期間内に発生されないと
き、補助の零交差信号を発生することが提案される。更
に、説明した直列共振変換器は、変換器の出力電圧を制
御するコントローラを有し、このコントローラは、変換
器によって導かれる高電圧の実際値を基準値(公称値)
と比較し、大きさが変換器によって生成された実際の高
電圧と基準値との差によって決定されるコントローラの
出力信号をここでは説明しない方法で導く。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、改善された
始動の挙動を有する直列共振変換器を提供することを目
的とする。
始動の挙動を有する直列共振変換器を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、対応する変
換器の出力電圧に依存する第1の実際値を処理し、変換
器の直列共振回路素子を通じて流れる対応する電流に依
存する第2の実際値を処理するために制御回路が設けら
れ、この制御回路は、変換器の直列共振回路に供給され
たパルス幅変調された電圧の走査比を決定する補正変数
を供給するために設けられることによって達成される。
換器の出力電圧に依存する第1の実際値を処理し、変換
器の直列共振回路素子を通じて流れる対応する電流に依
存する第2の実際値を処理するために制御回路が設けら
れ、この制御回路は、変換器の直列共振回路に供給され
たパルス幅変調された電圧の走査比を決定する補正変数
を供給するために設けられることによって達成される。
【0007】本発明による変換器は、追加的に処理され
た第2の実際値を介して変換器の始動段階におけるダイ
ナミック挙動を実現し、この挙動は、従来の変換器の挙
動、より特定的にはより短い立上がり時間、減少された
オーバーシュートのピーク、より短い整定時間、及び、
変換器素子の公差に対するより大きいエラー強さにおい
て改善される。従来の直列共振変換器は、差が出力電圧
の実際値と出力電圧の公称値との間で形成されるコント
ローラのみを有する。慣例上、アナログPIコントロー
ラである通常使用されるアナログコントローラは、この
差に依存して補正変数を形成するために使用される。
た第2の実際値を介して変換器の始動段階におけるダイ
ナミック挙動を実現し、この挙動は、従来の変換器の挙
動、より特定的にはより短い立上がり時間、減少された
オーバーシュートのピーク、より短い整定時間、及び、
変換器素子の公差に対するより大きいエラー強さにおい
て改善される。従来の直列共振変換器は、差が出力電圧
の実際値と出力電圧の公称値との間で形成されるコント
ローラのみを有する。慣例上、アナログPIコントロー
ラである通常使用されるアナログコントローラは、この
差に依存して補正変数を形成するために使用される。
【0008】本発明の実施例では、ディジタル制御回路
は、状態空間制御を含む。これは、変換器の制御回路を
変更されたフレーム状態に僅かな支出で適合することを
可能にし、これは、ディジタル信号プロセッサが使用さ
れるときソフトウェア変更を介して行なわれてもよい。
は、状態空間制御を含む。これは、変換器の制御回路を
変更されたフレーム状態に僅かな支出で適合することを
可能にし、これは、ディジタル信号プロセッサが使用さ
れるときソフトウェア変更を介して行なわれてもよい。
【0009】第2の実際値は、変換器の直列共振回路素
子を通じて流れる電流のピークにおける電流の走査値を
表わすことが好ましい。より特定的には、決定された値
から第2の実際値を形成するのに使用される走査値を形
成するよう変換器の直列共振回路素子を通じて流れる電
流の積分がなされる。
子を通じて流れる電流のピークにおける電流の走査値を
表わすことが好ましい。より特定的には、決定された値
から第2の実際値を形成するのに使用される走査値を形
成するよう変換器の直列共振回路素子を通じて流れる電
流の積分がなされる。
【0010】ディジタル制御回路のための根本的な実施
例では、補正変数を形成するために、係数及び第1の実
際値の第1の積と、第2の係数及び第2の実際値の第2
の積が第1の実際値と供給されるべきDC出力電圧を表
わす公称値との差から得られる値から減算される。
例では、補正変数を形成するために、係数及び第1の実
際値の第1の積と、第2の係数及び第2の実際値の第2
の積が第1の実際値と供給されるべきDC出力電圧を表
わす公称値との差から得られる値から減算される。
【0011】ディジタル制御回路の実施例の変形例で
は、補正変数を形成するために、縦続コントローラ構成
が設けられ、より特定的には、外部制御ループでは、第
1の係数及び第1の実際値の第1の積と、第2の係数及
び第2の実際値の第2の積とが夫々第1の実際値と供給
されるべきDC出力電圧を表わす公称値との差から減算
され、内部制御ループでは、外部制御ループによって発
生された差の値が制限関数に基づいて処理された後、第
3の係数及び第1の実際値の第3の積と、第4の係数及
び第2の実際値の第4の積とが夫々制限関数に基づいて
処理された値から減算される。
は、補正変数を形成するために、縦続コントローラ構成
が設けられ、より特定的には、外部制御ループでは、第
1の係数及び第1の実際値の第1の積と、第2の係数及
び第2の実際値の第2の積とが夫々第1の実際値と供給
されるべきDC出力電圧を表わす公称値との差から減算
され、内部制御ループでは、外部制御ループによって発
生された差の値が制限関数に基づいて処理された後、第
3の係数及び第1の実際値の第3の積と、第4の係数及
び第2の実際値の第4の積とが夫々制限関数に基づいて
処理された値から減算される。
【0012】追加の内部制御ループを用いて、変換器の
共振回路素子を通じて流れる電流を制限することが実現
される。
共振回路素子を通じて流れる電流を制限することが実現
される。
【0013】変換器の出力において小さい負荷が存在す
る場合、変換器のコントローラが純粋な線形のコントロ
ーラ構成に基づいた実施例を用いてはもはや充分に変換
され得ないため、外部制御ループ中の第2の実際値を非
線形関数に基づいて第2の積の代わりに使用される値に
変換することを提案する。より特定的には、多くの適用
法では、小さい負荷を含む通常の動作の場合に異なる値
を有する簡単な比例係数も近似として使用される部分的
に線形関数である非線型変換を使用することが十分であ
る。
る場合、変換器のコントローラが純粋な線形のコントロ
ーラ構成に基づいた実施例を用いてはもはや充分に変換
され得ないため、外部制御ループ中の第2の実際値を非
線形関数に基づいて第2の積の代わりに使用される値に
変換することを提案する。より特定的には、多くの適用
法では、小さい負荷を含む通常の動作の場合に異なる値
を有する簡単な比例係数も近似として使用される部分的
に線形関数である非線型変換を使用することが十分であ
る。
【0014】本発明の更なる実施例では、第1の実際値
と供給されるべきDC出力電圧を表わす公称値との差が
加算される一方で、従って形成される加算値は更なる係
数で重み付けされる。このようにして固定制御偏差が打
ち消される。
と供給されるべきDC出力電圧を表わす公称値との差が
加算される一方で、従って形成される加算値は更なる係
数で重み付けされる。このようにして固定制御偏差が打
ち消される。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施例は、添付図面を参
照して更に説明される。
照して更に説明される。
【0016】図1に示す直列共振変換器1は、その入力
側に、通常AC主電圧である入力電圧uin(t)が供
給される。この電圧は、整流装置2に印加される。整流
装置2から来る整流された電圧は、平滑コンデンサCg
を用いて平滑化される。コンデンサCg上の平滑化され
た電圧Uzは、4つの回路素子3、4、5、及び、6を
含む全波ブリッジ回路7に印加され、このブリッジ回路
は、回路素子3乃至6を制御回路8によって発生された
制御信号a、b、c、及び、dを介して適切に駆動する
ことでパルス幅変調されたされた電圧upwm(t)を
生成する。通常、フリーホイールダイオードが各切換器
と並列に接続される。制御信号a、b、c、及び、dを
用いて、制御回路8はパルス幅変調された電圧upwm
(t)の走査比を補正変数として定義する。この電圧u
pwm(t)は、直列配置された共振回路素子としてコ
ンデンサCと、インダクタLと、抵抗器Rとを含む直列
共振回路に印加される。この場合、インダクタLは、別
のコンポーネントではないが、電流ires(t)が直
列共振回路素子C、L、及び、Rを通じて一次巻線を流
れる変圧器9の第1の側の漂遊インダクタンスである。
変圧器9の第2の側上に存在する増加された電圧は、更
なる整流装置10に印加される。この更なる整流装置1
0の出力は、平滑コンデンサCgに接続され、この平滑
コンデンサCgから変換器の出力電圧uout(t)が
分岐される。この電圧は、例えば、X線管のための高電
圧として使用されてもよい。
側に、通常AC主電圧である入力電圧uin(t)が供
給される。この電圧は、整流装置2に印加される。整流
装置2から来る整流された電圧は、平滑コンデンサCg
を用いて平滑化される。コンデンサCg上の平滑化され
た電圧Uzは、4つの回路素子3、4、5、及び、6を
含む全波ブリッジ回路7に印加され、このブリッジ回路
は、回路素子3乃至6を制御回路8によって発生された
制御信号a、b、c、及び、dを介して適切に駆動する
ことでパルス幅変調されたされた電圧upwm(t)を
生成する。通常、フリーホイールダイオードが各切換器
と並列に接続される。制御信号a、b、c、及び、dを
用いて、制御回路8はパルス幅変調された電圧upwm
(t)の走査比を補正変数として定義する。この電圧u
pwm(t)は、直列配置された共振回路素子としてコ
ンデンサCと、インダクタLと、抵抗器Rとを含む直列
共振回路に印加される。この場合、インダクタLは、別
のコンポーネントではないが、電流ires(t)が直
列共振回路素子C、L、及び、Rを通じて一次巻線を流
れる変圧器9の第1の側の漂遊インダクタンスである。
変圧器9の第2の側上に存在する増加された電圧は、更
なる整流装置10に印加される。この更なる整流装置1
0の出力は、平滑コンデンサCgに接続され、この平滑
コンデンサCgから変換器の出力電圧uout(t)が
分岐される。この電圧は、例えば、X線管のための高電
圧として使用されてもよい。
【0017】ここではディジタル制御回路として包含さ
れる制御回路8は、実際値に対して2つの測定変数を処
理する。一方で、出力電圧uout(t)は測定され、
他方で電流ires(t)が測定される。得られた電圧
信号、即ち、コンデンサC上にあり制御回路8に印加さ
れる電圧uC(t)、が電流ires(t)から積分
(回路ブロック12)を介して形成される。このため
に、理想的でない積分器、例えば、低域通過フィルタを
使用することも可能である。制御回路8は、ディジタル
信号プロセッサによって実現されることが好ましく、こ
こで使用される走査振動数は電圧upwm(t)がパル
ス幅変調される振動数の2倍に対応する。しかしなが
ら、他の走査振動数、例えば、パルス幅変調された振動
数自体、その値の半分、又は、この振動数値の2/3と
いった振動数も使用され得る。
れる制御回路8は、実際値に対して2つの測定変数を処
理する。一方で、出力電圧uout(t)は測定され、
他方で電流ires(t)が測定される。得られた電圧
信号、即ち、コンデンサC上にあり制御回路8に印加さ
れる電圧uC(t)、が電流ires(t)から積分
(回路ブロック12)を介して形成される。このため
に、理想的でない積分器、例えば、低域通過フィルタを
使用することも可能である。制御回路8は、ディジタル
信号プロセッサによって実現されることが好ましく、こ
こで使用される走査振動数は電圧upwm(t)がパル
ス幅変調される振動数の2倍に対応する。しかしなが
ら、他の走査振動数、例えば、パルス幅変調された振動
数自体、その値の半分、又は、この振動数値の2/3と
いった振動数も使用され得る。
【0018】図2は、パルス幅変調された電圧upwm
(t)の基本的なパターンを示す図である。パルス幅変
調の固定された周期の持続時間はTpwmと参照され
る。固定された周期の持続時間Tpwmが選択されると
き、切換振動数fpwm=1/Tpwmも一定であり、
その値はインダクタンスL及びキャパシタンスCから得
られる共振振動数に設定される。従って、発生される電
流ires(t)は、大きい負荷電流に対して略正弦で
あり、パルス幅変調された電圧upwm(t)と位相が
同じである。図示する期間の第1の半分では、長さがa
kであり高さが正の方にuzである方形波パルスがあ
り、このパルスは走査の瞬間k(図3参照)に割当てら
れる。期間の第1の半分の残りでは、電圧u
pwm(t)は零に等しい。図示する期間Tpwmの第
2の半分では、走査の瞬間k+1に割当てられた長さが
ak+1であり高さが負の方に−Uzを有する方形波パ
ルスがある。期間の第2の半分の残りでは、電圧u
pwm(t)は零に等しい。パルス幅変調された電圧u
pwm(t)の対応する電流走査比は、対応する値
ak、ak+1、…及び期間の持続時間Tpwmによっ
て明確に決定される。
(t)の基本的なパターンを示す図である。パルス幅変
調の固定された周期の持続時間はTpwmと参照され
る。固定された周期の持続時間Tpwmが選択されると
き、切換振動数fpwm=1/Tpwmも一定であり、
その値はインダクタンスL及びキャパシタンスCから得
られる共振振動数に設定される。従って、発生される電
流ires(t)は、大きい負荷電流に対して略正弦で
あり、パルス幅変調された電圧upwm(t)と位相が
同じである。図示する期間の第1の半分では、長さがa
kであり高さが正の方にuzである方形波パルスがあ
り、このパルスは走査の瞬間k(図3参照)に割当てら
れる。期間の第1の半分の残りでは、電圧u
pwm(t)は零に等しい。図示する期間Tpwmの第
2の半分では、走査の瞬間k+1に割当てられた長さが
ak+1であり高さが負の方に−Uzを有する方形波パ
ルスがある。期間の第2の半分の残りでは、電圧u
pwm(t)は零に等しい。パルス幅変調された電圧u
pwm(t)の対応する電流走査比は、対応する値
ak、ak+1、…及び期間の持続時間Tpwmによっ
て明確に決定される。
【0019】図3は、パルス幅変調された電圧upwm
(t)、出力電圧uout(t)、電流i
res(t)、及び、電圧uC(t)の理想的な波形を
示す図である。制御回路8に対して実際値を形成するの
には、一方で出力電圧uout(t)が瞬間k、k+
1、k+2、…において走査され、走査値
Uout,k、Uout, k+1、Uout,k+2、
…が得られる。他方で、電圧uC(t)が瞬間k、k+
1、k+2、…において走査され、走査値UC,k、U
C,k+1、UC, k+2、…が得られる。走査の瞬間
は、それらが常にuC(t)の最大又は最小にあるよう
選択されることで、コンデンサCで落ちる電圧u
C(t)に対応する電流振幅値が走査値UC,k、U
C,k+1、UC,k+2、…として生じる。
(t)、出力電圧uout(t)、電流i
res(t)、及び、電圧uC(t)の理想的な波形を
示す図である。制御回路8に対して実際値を形成するの
には、一方で出力電圧uout(t)が瞬間k、k+
1、k+2、…において走査され、走査値
Uout,k、Uout, k+1、Uout,k+2、
…が得られる。他方で、電圧uC(t)が瞬間k、k+
1、k+2、…において走査され、走査値UC,k、U
C,k+1、UC, k+2、…が得られる。走査の瞬間
は、それらが常にuC(t)の最大又は最小にあるよう
選択されることで、コンデンサCで落ちる電圧u
C(t)に対応する電流振幅値が走査値UC,k、U
C,k+1、UC,k+2、…として生じる。
【0020】制御回路8のための実施例の変形例の動作
モードを図4に示す。ブロック40は、制御路を表わ
し、この制御路はそこに印加される補正変数に依存して
実際値uout及びuCを生成する。実際値及び補正変
数は、様々な走査の瞬間k、k+1、k+2、…に対し
てディジタル値として利用することができる。しかしな
がら、明瞭性のため時係数kは、図4に示す時間に依存
する全ての変数に対して省略される。
モードを図4に示す。ブロック40は、制御路を表わ
し、この制御路はそこに印加される補正変数に依存して
実際値uout及びuCを生成する。実際値及び補正変
数は、様々な走査の瞬間k、k+1、k+2、…に対し
てディジタル値として利用することができる。しかしな
がら、明瞭性のため時係数kは、図4に示す時間に依存
する全ての変数に対して省略される。
【0021】補正変数uは、次の通りに形成される。最
初に、実際値uoutが所定の公称値Usollから減
算される。ここから得られる差の値は、アナログコント
ローラの積分に従って加算され(ブロック41)、この
加算σは係数kIによって乗算される。次に、補正変数
uを形成するために、乗算された値から第1の実際値U
out及び係数koutの第1の積と、第2の実際値U
C及び係数kCの第2の積とが減算される。加算ブロッ
ク41は、及び関連係数kIは、固定制御偏差を除去す
るために使用される。
初に、実際値uoutが所定の公称値Usollから減
算される。ここから得られる差の値は、アナログコント
ローラの積分に従って加算され(ブロック41)、この
加算σは係数kIによって乗算される。次に、補正変数
uを形成するために、乗算された値から第1の実際値U
out及び係数koutの第1の積と、第2の実際値U
C及び係数kCの第2の積とが減算される。加算ブロッ
ク41は、及び関連係数kIは、固定制御偏差を除去す
るために使用される。
【0022】以下では、制御回路8を用いて実現される
不連続的な時間制御のパラメータを決定する基盤として
使用されるモデルが説明される。Uout及びUCは、
不連続的な時間制御のパラメータを決定する基盤として
使用されるモデルが説明される。Uout及びUCは、
【0023】
【数1】 の式に従って繰返し形成される走査状態として考えら
れ、このときA及びbは、変換器パラメータから生じる
システムマトリクスを表わす。
れ、このときA及びbは、変換器パラメータから生じる
システムマトリクスを表わす。
【0024】値tAはディジタルコントローラの走査時
間を表わし、この時間はパルス幅変調の周期の持続時間
Tpwm(図2参照)の半分に等しい。更に、補正変数
uは、非線形関数によって走査の瞬間kに対して決定さ
れ、この非線形関数はパルス幅変調の固定された周期持
続時間Tpwmにより走査の瞬間kに対するパルス幅変
調の走査比の尺度を直接的に示す時間の持続時間a
k(図2参照)との関係を示し、走査の瞬間kは、
間を表わし、この時間はパルス幅変調の周期の持続時間
Tpwm(図2参照)の半分に等しい。更に、補正変数
uは、非線形関数によって走査の瞬間kに対して決定さ
れ、この非線形関数はパルス幅変調の固定された周期持
続時間Tpwmにより走査の瞬間kに対するパルス幅変
調の走査比の尺度を直接的に示す時間の持続時間a
k(図2参照)との関係を示し、走査の瞬間kは、
【0025】
【数2】 として表わされる。
【0026】対応する値akは、この式を使用する一方
で補正変数uから決定される。
で補正変数uから決定される。
【0027】このモデルは、パラメータσ及びkIも考
慮することで展開される。σは、モデルの追加の状態と
して使用される。これにより、上記式は
慮することで展開される。σは、モデルの追加の状態と
して使用される。これにより、上記式は
【0028】
【数3】 と展開され、このとき
【0029】
【数4】 である。
【0030】パラメータkout、kC、及び、k
Iは、いわゆる極配置方法(O.Follinger,“Lineare
Abtastsysteme”,R.Oldenburg Verlag,1982,第7.6章
参照)に従って、つまり所定の固有値又は極に従って決
定され得、この方法は、先行する段階において立ち上が
り時間、オーバーシュート量のピーク、及び、整定時間
のようなシステムの所望のダイナミック特徴が予め定義
され、システムマトリクスAの対応する固有値がこれら
所定値から決定される。通常、システムのオーバーシュ
ートが完全に回避されるべきとき、想像上の部分を無く
して純粋な実固有値を要求する。
Iは、いわゆる極配置方法(O.Follinger,“Lineare
Abtastsysteme”,R.Oldenburg Verlag,1982,第7.6章
参照)に従って、つまり所定の固有値又は極に従って決
定され得、この方法は、先行する段階において立ち上が
り時間、オーバーシュート量のピーク、及び、整定時間
のようなシステムの所望のダイナミック特徴が予め定義
され、システムマトリクスAの対応する固有値がこれら
所定値から決定される。通常、システムのオーバーシュ
ートが完全に回避されるべきとき、想像上の部分を無く
して純粋な実固有値を要求する。
【0031】図5は、縦続コントローラ構成を含む無制
御回路8の実施例の更なる変形例の動作モードを示す図
であり、縦続コントローラ構成は、変換器1の始動段階
中処理されるべきires(t)の値が大きすぎるため
破壊されるコンポーネントが回避されるよう電流i
res(t)を制限する。図4に示す実施例の変形例に
見られるように、ここでもブロック40は制御路を表わ
し、この制御路は、そこに印加された補正変数uに依存
して実際値Uout及びUCを生成する。時係数kは、
図示する時間に依存する変数に対して省略される。
御回路8の実施例の更なる変形例の動作モードを示す図
であり、縦続コントローラ構成は、変換器1の始動段階
中処理されるべきires(t)の値が大きすぎるため
破壊されるコンポーネントが回避されるよう電流i
res(t)を制限する。図4に示す実施例の変形例に
見られるように、ここでもブロック40は制御路を表わ
し、この制御路は、そこに印加された補正変数uに依存
して実際値Uout及びUCを生成する。時係数kは、
図示する時間に依存する変数に対して省略される。
【0032】図5に示すコントローラは、図4に示すコ
ントローラと反対に、追加の内部制御ループ(ブロック
52、kout,i、kC,i)を含む。補正変数u
は、次の通りに形成される。最初に、実際値Uoutが
所定の公称値Usollから減算される。ここから得ら
れた差の値は、加算(ブロック41)され、結果として
得られる加算値σは係数kIで乗算される。第1の実際
値Uout及び係数ko ut,aの第1の積と、第2の
実際値UC及び係数の第2の積pCは、加算点51にお
いてkIによって乗算された加算値σから減算される。
断続的な共振電流ires(t)を生じさせる小さい負
荷によって発生する小さいUCの値に対する係数は大き
い値UCに対する係数と異なる。
ントローラと反対に、追加の内部制御ループ(ブロック
52、kout,i、kC,i)を含む。補正変数u
は、次の通りに形成される。最初に、実際値Uoutが
所定の公称値Usollから減算される。ここから得ら
れた差の値は、加算(ブロック41)され、結果として
得られる加算値σは係数kIで乗算される。第1の実際
値Uout及び係数ko ut,aの第1の積と、第2の
実際値UC及び係数の第2の積pCは、加算点51にお
いてkIによって乗算された加算値σから減算される。
断続的な共振電流ires(t)を生じさせる小さい負
荷によって発生する小さいUCの値に対する係数は大き
い値UCに対する係数と異なる。
【0033】図6は、UC及びpCの関係を示す図であ
る。係数kc,aは関数pC(UC)の傾きとして表わ
される。この場合、小さいUCの範囲に対して、線形の
関係が簡略化のため使用され(この範囲の全てのUCに
対して同じ負の係数を生じる)、結局これは基本的に非
線形の関係に対して充分に正確な推定でもある。大きい
値のUにの更なる範囲に対して、線形の関係が上述した
ように使用される。これは、UC及びpCの間に部分的
に線形の関係を提供する。このようにして、変換器の始
動段階におけるオーバーシュート量は、小さい電流i
res(t)又は小さい電圧uC(t)、つまり、変換
器の出力上の負荷(負荷電流)が小さい場合に回避され
る。
る。係数kc,aは関数pC(UC)の傾きとして表わ
される。この場合、小さいUCの範囲に対して、線形の
関係が簡略化のため使用され(この範囲の全てのUCに
対して同じ負の係数を生じる)、結局これは基本的に非
線形の関係に対して充分に正確な推定でもある。大きい
値のUにの更なる範囲に対して、線形の関係が上述した
ように使用される。これは、UC及びpCの間に部分的
に線形の関係を提供する。このようにして、変換器の始
動段階におけるオーバーシュート量は、小さい電流i
res(t)又は小さい電圧uC(t)、つまり、変換
器の出力上の負荷(負荷電流)が小さい場合に回避され
る。
【0034】加算点51の出力上で発生された差の値
は、制限関数(ブロック52)に入り、つまり、差の値
は所定の制限値に制限される。これは、状態UCの値の
制限に対応し、この状態UCは事実、電圧uC(t)の
対応する振幅に等しい。パルス幅変調の周波数fpwm
=1/Tpwmが一定に保たれるため、状態UCの正弦
関数の制限値に比例する最大値UC,maxは
は、制限関数(ブロック52)に入り、つまり、差の値
は所定の制限値に制限される。これは、状態UCの値の
制限に対応し、この状態UCは事実、電圧uC(t)の
対応する振幅に等しい。パルス幅変調の周波数fpwm
=1/Tpwmが一定に保たれるため、状態UCの正弦
関数の制限値に比例する最大値UC,maxは
【0035】
【数5】 を用いて電流ires(t)の所定の最大値から直接的
に計算され得、このとき正弦の形状を有する電流i
res(t)が存在する。
に計算され得、このとき正弦の形状を有する電流i
res(t)が存在する。
【0036】内部制御ループにおいて、ブロック52の
出力上で発生された値uaから、k out;i及びU
outの積と、kC;i及びUCの積とが夫々減算され
る。従って得られる差の値は、上述した通り、対応する
パルス持続時間akを整定する制御路40に印加される
補正変数u、従って、パルス幅変調された電圧upwm
(t)の走査比である。ここでは、走査比は、零と1/
2の間の範囲内にある。ブロック41によって発生され
た値も制限されることが好ましい。
出力上で発生された値uaから、k out;i及びU
outの積と、kC;i及びUCの積とが夫々減算され
る。従って得られる差の値は、上述した通り、対応する
パルス持続時間akを整定する制御路40に印加される
補正変数u、従って、パルス幅変調された電圧upwm
(t)の走査比である。ここでは、走査比は、零と1/
2の間の範囲内にある。ブロック41によって発生され
た値も制限されることが好ましい。
【0037】内部制御ループによる電流ires(t)
の制限が能動でない場合において、図5に示すコントロ
ーラ構成の内側及び外部制御ループは組合わされ得、図
4のようなより簡易なコントローラ構成となる。パラメ
ータkout,a、kout ,i、kC,a、kC,i
と簡易化されたコントローラ構成のパラメータkou t
及びkCとの関係は
の制限が能動でない場合において、図5に示すコントロ
ーラ構成の内側及び外部制御ループは組合わされ得、図
4のようなより簡易なコントローラ構成となる。パラメ
ータkout,a、kout ,i、kC,a、kC,i
と簡易化されたコントローラ構成のパラメータkou t
及びkCとの関係は
【0038】
【数6】 として表わされる。
【図1】本発明による変換器の基本的な構造を示す図で
ある。
ある。
【図2】変換器の直列共振回路素子に印加されたパルス
は場変調電圧のパターンを示す図である。
は場変調電圧のパターンを示す図である。
【図3】変換器の制御回路のために実際値を説明する図
である。
である。
【図4】変換器制御回路の実施例を示す図である。
【図5】変換器制御回路の更なる実施例を示す図であ
る。
る。
【図6】制御回路によって処理される実際値の処理を説
明する図である。
明する図である。
2、10 整流装置 3、4、5、6 回路素子 7 全波ブリッジ回路 8 制御回路 9 変換器 12 回路ブロック 40 制御ブロック 41 加算ブロック 51 加算点 52 制限関数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands (72)発明者 クリスティアン ハットルップ ドイツ連邦共和国,52134 ヘルツォーゲ ンラート,アーヘナー・シュトラーセ 36 (72)発明者 オラフ メルテンス ドイツ連邦共和国,22175 ハンブルク, ブラムスフェルダー ツェーハー 481
Claims (10)
- 【請求項1】 変換器の出力電圧を制御する制御回路を
有する直列共振変換器であって、 上記制御回路は、夫々対応する上記変換器の出力電圧に
依存する第1の実際値、及び、上記変換器の直列共振回
路の素子を通じて流れる夫々対応する電流に依存する第
2の実際値を処理するために設けられ、 上記制御回路は上記変換器の上記直列共振回路に供給さ
れるパルス幅変調された電圧の走査比を決定する補正変
数を供給するために設けられていることを特徴とする変
換器。 - 【請求項2】 ディジタル制御回路は状態空間制御を含
むことを特徴とする請求項1記載の変換器。 - 【請求項3】 上記第2の実際値は、上記変換器の上記
直列共振回路の素子を通じて流れる上記電流のピークに
おける走査値を表わすことを特徴とする請求項2記載の
変換器。 - 【請求項4】 上記変換器の上記直列共振回路の素子を
通じて流れる電流の積分がなされ、決定された値から上
記第2の実際値を形成するのに使用される上記走査値を
形成することを特徴とする請求項3記載の変換器。 - 【請求項5】 上記補正変数を形成するために、第1の
係数及び上記第1の実際値の第1の積と、第2の係数及
び上記第2の実際値の第2の積とが夫々、上記第1の実
際値と供給されるべきDC出力電圧を表わす公称値との
差から減算されることを特徴とする請求項1乃至4のう
ちいずれか一項記載の変換器。 - 【請求項6】 上記補正変数の形成のために縦続コント
ローラ構成が設けられることを特徴とする請求項1乃至
4のうちいずれか一項記載の変換器。 - 【請求項7】 上記縦続コントローラ構成中で上記補正
変数を形成するために、 外部制御ループでは、上記第1の係数及び第1の実際値
の第1の積と、第2の係数及び第2の実際値の第2の積
とが夫々上記第1の実際値と供給されるべきDC出力電
圧を表わす公称値との差から減算され、 内部制御ループでは、上記外部制御ループによって発生
された上記差の値が制限関数に基づいて処理された後、
第3の係数及び上記第1の実際値の第3の積と、第4の
係数及び上記第2の実際値の第4の積とが夫々上記制限
関数に基づいて処理された値から減算されることを特徴
とする請求項6記載の変換器。 - 【請求項8】 上記変換器の出力上に存在する負荷が小
さい場合、上記第2の実際値は非線形関数に従って上記
外部制御ループ中で上記第2の積の代わりに使用される
値に変換されることを特徴とする請求項7記載の変換
器。 - 【請求項9】 上記非線形関数は部分的に線形であるこ
とを特徴とする請求項8記載の変換器。 - 【請求項10】 上記第1の実際値と供給されるべきD
C出力電圧を表わす公称値との差が加算され、上記得ら
れた加算値は更なる係数を用いて重み付けされることを
特徴とする請求項5乃至9のうちいずれか一項記載の変
換器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19940137:3 | 1999-08-24 | ||
DE19940137A DE19940137A1 (de) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Serienresonanter Konverter mit einer Regelschaltung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001095254A true JP2001095254A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=7919448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000253031A Withdrawn JP2001095254A (ja) | 1999-08-24 | 2000-08-23 | 制御回路を有する直列共振変換器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6351401B1 (ja) |
EP (1) | EP1081839A3 (ja) |
JP (1) | JP2001095254A (ja) |
DE (1) | DE19940137A1 (ja) |
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JP2014515252A (ja) * | 2011-04-28 | 2014-06-26 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | 電力変換システム及び方法 |
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CN103078510B (zh) | 2011-10-25 | 2015-11-25 | 通用电气公司 | 谐振电源、磁共振成像系统及控制方法 |
CN103078515A (zh) | 2011-10-25 | 2013-05-01 | 通用电气公司 | 谐振电源、变换器控制器、磁共振成像系统及控制方法 |
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