JP2004303045A - Power circuit designing method, power circuit designing program, and power circuit designing device - Google Patents

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JP2004303045A JP2003096914A JP2003096914A JP2004303045A JP 2004303045 A JP2004303045 A JP 2004303045A JP 2003096914 A JP2003096914 A JP 2003096914A JP 2003096914 A JP2003096914 A JP 2003096914A JP 2004303045 A JP2004303045 A JP 2004303045A
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豊 宇佐美
Yasuhiro Inagaki
泰広 稲垣
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To much more easily design a power circuit having a plurality of output channels by an algorithm according to requested specifications. <P>SOLUTION: When the power circuit having the plurality of output channels is designed, a main control system decision factor table 21 in which conditions corresponding to a plurality of factors are set and a main circuit system decision factor table 22 in which conditions corresponding to the plurality of factors are set are preliminarily prepared, and requested specifications are fetched from a user terminal, and the factors are extracted from the requested specifications, and weighting for the factors of the respective factor tables is executed based on the corresponding conditions. Then, which output channel should be constituted as a main control system is decided by using the weighting performed for the factors of the main control system decision factor table, and when the output channel as the main control system is decided, the main circuit system to be adopted is decided by using the weighting performed for the factors of the main circuit system decision factor table. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電源回路の設計は、顧客から要求仕様を聞き、これに基づいて電源回路を作成し提供する側としては、仕様満足できる回路構成であることと同時に、簡素で作り易く、しかも安価であるような構成とするために努力をしている。どのような回路にすればよいかという考え方は、単純な1出力を要求している電源であれば比較的簡単である。あるいは、複数の出力を要するにしても、基本となる回路に影響を与えないような構成であるならば、考え方は比較的簡単である。
【0003】
例えば、このような観点に立って考え方をアルゴリズム化して自動的に電源回路設計ができるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−231197号公報(段落「0005」〜「0015」等)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の出力チャンネルが必要な電源では、どのチャンネルを主制御系とし、残りのチャンネルを副制御系として主制御系から枝分かれさせて取るという部分まで含めて検討していくことは難しく、主制御系の出力チャンネルをどのチャンネルにするかによって考え得る構成方法は多種多様になる。
【0006】
実際の設計では、この概念設計の部分で試行錯誤することが多く、適切な判断をするためには長年の設計経験を踏まえたスキルを持った設計者が必要になる。従って、多出力の電源回路の設計を、計算機を使って自動で行う場合には、これらのスキルを要する設計指針をアルゴリズム化しなければならないという問題があり、多出力の電源回路の設計を計算機によって自動化できることが要望されていた。
【0007】
本発明は、このような要望を満たすために為されたもので、複数の出力チャンネルを有する電源回路を要求仕様に応じてアルゴリズムにより容易に設計することができる電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行い、続いて、主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断し、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断することにある。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、電源回路設計のための全体のシステム構成を示す図で、電源回路を設計する設計サーバシステム1に、インターネット又はイントラネット2を経由して複数のユーザ端末3が接続されている。
【0010】
前記設計サーバシステム1は、セキュリティのための、例えばファイヤウォール11を設け、このファイヤウォール11経由してWebアクセスのためのHTTPサーバ12、回路決定用計算サーバ13、シミュレーション用計算サーバ14、トランス設計用計算サーバ15をそれぞれ前記インターネット又はイントラネット2に接続している。前記各サーバ12,13,14,15は、別ハードウエア上に設けても、同一ハードウエア上に設けてもよい。また、シミュレーション用計算サーバ14は、予め複数用意し、シミュレーションに時間がかかる場合に、複数のサーバを同時に動作させるようにしてもよい。
【0011】
前記各サーバ12,13,14,15には、それぞれ記憶装置16,17,18,19が接続されている。前記各記憶装置16〜19は、それぞれの機能に応じ、例えば、前記HTTPサーバ12に接続した記憶装置16は、HTTPサーバ12で利用するCGIプログラムやHTMLデータを保管するための記憶部やユーザ認証や管理をするためのデータベース用記憶部を有する。また、前記回路決定用計算サーバ13に接続した記憶装置17は、回路決定に必要なプログラムや回路ライブラリなどを格納する記憶部を有する。前記シミュレーション用計算サーバ14に接続した記憶装置18は、シミュレーションプログラムやシミュレーションに必要な入力情報及びシミュレーション結果である出力情報を仮保管する記憶部を有する。
【0012】
なお、前記各計算サーバ13,14,15にもHTTPサーバを搭載し、全ての情報の流れをHTTPプロトコルで統一してもよい。あるいは、FTPなど他のプロトコルを使ってもよく、最も素朴な構成では、ユーザインターフェース以外を全てネットワーク環境でないローカル環境で構築しても構わない。
【0013】
HTTPプロトコルで通信を行う場合には、前記HTTPサーバ12にメニュー画面を表示させるためのHTMLファイルを用意しておく。最初のアクションはユーザ端末3がこのHTTPサーバ12にアクセスすることから始まる。ユーザ端末3がHTTPサーバ12にリクエストすると、HTTPサーバ12はこのメニュー用HTMLをユーザ端末3に返信する。ユーザ端末3では、このHTMLをWebブラウザが解釈し、メニュー画面を構成しディスプレイに表示する。そして、このメニューにリンクを張っておけば、ユーザがこのメニュー画面をクリックすることによって、ユーザからのリクエストとHTTPサーバ12からの返信という仕組みを利用してフローを進行させることができる.
図2は、ユーザ端末3からの要求仕様に基づいて、前記設計サーバシステム1が行う電源回路設計処理を示す流れ図である。すなわち、設計サーバシステム1は、S1にて、HTTPサーバ12を動作して、ユーザ端末3から設計リクエストを受信する。そして、ユーザ端末3に要求仕様をユーザに記入させるためのHTMLを送信する。このとき、ユーザ端末3に送信するHTMLのメニュー画面は、例えば、図3に示すようになっている。このメニュー画面では、電圧、電流、リップル電圧等を出力チャンネル毎に設定する要求仕様になっている。
【0014】
ユーザ端末3において、メニューへ画面に必要事項を入力して返信ボタンを押すと、設計サーバシステム1は、S2にて、ユーザ端末3からの要求仕様を受信する。そして、S3にて、受信したデータから要因となるものを抽出する。
【0015】
要因を抽出すると、回路決定用計算サーバ13を動作して、先ず、S4にて、図4に示すような主制御系判断要因テーブル21を参照して主制御系をどの出力チャンネルにするかを決定する。主制御系の出力チャンネルが決まると、続いて、S5にて、図5に示すような主回路方式判断要因テーブル22を参照して決定した主制御系を構成する主回路にどのような回路方式を採用するかを決める。
【0016】
図5において、要因とは、例えば、主回路の出力電力やピーク出力電流であり、その他、ピーク出力電力や発振停止の必要性有無などもある。また、条件とは、回路方式固有の得手不得手があるので、その境界条件を示している。また、重み付けは、このシステムで選択肢として利用する回路方式分だけ用意する。
【0017】
この図において、例えば、方式Aは、どちらかといえばハイパワーの電源に向いた方式であり、65W以下に利用することはあまり無い。このため重み付けを0.2としている。重み付けは、例えば、0〜1の範囲における任意の値に定義している。0に近いほどこの方式を採用することを推奨しないということを意味している。
【0018】
各要因に対してそれぞれの方式における重み付け結果が出るので、これらを綜合して最も適する方式を選出する。
こうして、主となる出力チャンネルの構成は決まる。そして、残りのチャンネルについては、副回路という認識を行い、S6にて、主回路方式判断要因テーブル22と同様な構成の副回路方式判断要因テーブル23を参照してこれに最適な副回路方式を決定する。
【0019】
その後、S7にて、素子パラメータを設定し、S8にて、回路モジュール名に相応する回路モジュールを多数設定した電子ライブラリ24から、決定した主回路方式、副回路方式に基づく回路モジュール名に相応する回路モジュールを読み出して全体回路を作成する。このとき、回路モジュールの素子定数を一部変更して仕様に適した回路にする。
【0020】
続いて、シミュレーション用計算サーバ14を動作して、S9にて、ユーザ端末3からシミュレーション条件を取得し、S10にて、シミュレーションを実施する。そして、S11にて、見たい波形や数値等のシミュレーションの結果を出力する。結果が、NGであれば、再度、S4の主制御系の決定処理に戻り、S4〜S11の処理を繰り返す。また、NGでなければ、トランス設計用計算サーバ15を動作して、S12にて、トランスの設計を行う。すなわち、トランス部品については,シミュレーションでデータが出ているので,これを利用して巻線構造を算出する。その結果をユーザデータとして記憶装置18に保存する。
【0021】
次に、前記S4における主制御系を決定する処理を図6に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。例えば、主制御系を決定するにあたって、必要な要因を、図4の主制御系判断要因テーブル21に示すように、出力電圧V、電圧の高さ度合い、出力電力W及びスペックに現われない項目として、設計者の希望という4つにする。
【0022】
先ず、ユーザ端末3からの要求仕様を受信すると、その要求仕様から上記4つの要因に相当するものを抽出しておく。
そして、S21にて、出力チャンネル数を把握する。すなわち、出力チャンネルがいくつ存在するかを認識し、必要であれば、回路決定用計算サーバ13の記憶装置17にこれらを格納するための配列を適宜生成する。
【0023】
続いて、S22にて、各出力チャンネルのうち、正電圧出力のものだけをピックアップする。これは一般の電源は正出力のものが多いためで、この場合についての判断基準である。もし、負出力を多く扱う電源についてアルゴリズムを考えるなら、負出力を中心に考えて正出力を除外するという正反対のアルゴリズムでもよい。
【0024】
次に、S23にて、正電圧出力チャンネルの中の電圧について判断し、出力電圧Vの高い順に重み付けを行う。すなわち、電圧の高いものを主制御系に選ぶことになる。これは、電圧が高い方が出力電圧を検出する部分の精度を得やすいという利点があり、また、後で他のチャンネル電圧をここから生成するときに、昇圧するよりも降圧する方が簡単なためである。但し、1つのチャンネルだけ飛びぬけて超高圧である可能性もあるため、必ずしも電圧が高いという基準だけでは主制御系を決めることはできない。主制御系を決めるには、いくつかの要因を総合して判断する必要が有る。
続いて、S24にて、出力電力Wの大きい順に重み付けを行い、S25にて、設計者の希望による重み付けを行う。
【0025】
各要因に対して重み付けを行う場合、出力電圧Vが正電圧であるか否かを判断するときの重み付けとしては2値でよいから、例えば、1か0というデジタル値でよい。また、電圧が高電圧であるか否かの判断は、0〜1の間に収まるようなアナログ値で表現する。例えば、正電圧出力チャンネルの中で最も電圧の高いものを見つけ、これをVmaxとする。そして、他のチャンネルの電圧をVnとすれば、Vn/Vmaxは0〜1の範囲の値となる。これをそのまま利用してもよく、また、さらに重要度係数を掛けて利用してもよい。
【0026】
また、出力電力Wが大きいか否かの判断は、0〜1の間に収まるようなアナログ値で表現する。すなわち、もう一つの判断要素として出力電力Wを考慮する。前述の要因の高電圧というのは1つの見方であるが、別の見方としては主となる出力がどれであるかということで、それはこの電源の殆どの電力を伝達している系がどれであるかを認識することである。従って、出力電力Wの最も大きいものをWmaxとし、他のチャンネルの電力をWnとすれば、Wn/Wmaxは0〜1の範囲の値となる。
【0027】
最後の設計者の希望による重み付けは、例えば、極端に電圧精度を要求するチャンネルが存在するならば、そこを無条件に主制御系としなければならない。あるいは、設計上の都合やその他設計方針の持ち方等で、設計者が主制御系として優先したい場合がある。そこで、設計者が主制御系として優先したい出力チャンネルの重み付けを1、主制御系にしたくない出力チャンネルの重み付けを0という2値にする。
【0028】
以上、4つの要因についての重み付けが終わったら、これを基に総合判断を行う。判断方法はいくつか考えられるが、最も簡単なのはそれぞれのチャンネルについて重み付けを積算する方法である。重み付けが全て0〜1の範囲にあれば、それらを積算した結果も0〜1の範囲にあるからである。
【0029】
そして、S26にて、仮決定を行う。すなわち、結果としては出力チャンネル毎に値が算出されるので、このうち最も数値の大きいものを仮の第1候補にする。候補としては、必要ならば第3候補まで上げておいてもかまわない。
【0030】
こうして決まった主制御系は、他のチャンネルが作れるかどうかの判断がまだ出来ていない。このため仮決定にしている。これは例えば主制御系として選んだチャンネルが高電圧過ぎて残りのチャンネルを副回路で構成しようとしたときに、電圧差が大き過ぎて素子耐圧を考慮すると採用したくないケースがあるからである。
【0031】
従って、仮決定を行うと、続いて、S27にて、後段素子の耐圧チェックを行う。すなわち、仮の候補に対して後段の副回路の出力電圧を無理なく生成できるかどうかを判断する。そして、問題があれば、S26の仮決定処理へ戻って次の候補を仮決定して再度同様の処理を行い、また、問題が無ければS28にて、最終的に主制御系の出力チャンネルとして決定する。すなわち、最終的に重み付けの最も大きいものを主制御系の出力チャンネルとして決定する。
【0032】
従って、例えば、利用可能な半導体の素子耐圧に対してマージンを持たせた状況で構成が可能な場合は良いと判断し主制御系の出力チャンネルとして決定することになり、また、不可能な場合は不採用とするか、優先順位を下げるなどの処理を行うことになる。
なお、ここでは要因を4つとして説明したが、4つに限定するものではない。また、要因の内容も適用する電源の性質によっては変わるものである。
【0033】
次に、前記S5における主回路方式を決定する処理を図7に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。例えば、主回路方式を決定するにあたって、必要な要因を、通常電力Wの大きさ、ピーク出力電力Wの大きさ、ピーク出力電流の大きさ、発振停止の必要性有無の4つにしている。想定する回路方式は、例えばフォワードコンバータ、フライバックコンバータ、RCCコンバータの3つとする。これらのコンバータの種類毎に要因の配分を予め決めておく。そして、要求仕様から得られた値をこれに当て嵌めて重み付け(0〜1)のアナログ値又はデジタル値として変換して行く。
【0034】
先ず、S31にて、通常出力Wに対する評価による重み付けを行い、S32にて、ピーク出力に対する評価による重み付けを行い、S33にて、ピーク電流に対する評価による重み付けを行い、S34にて、発振停止の必要性の有無による重み付けを行い、最終的に、S35にて、重み付けを集計して出力する。
【0035】
通常出力とは、定常動作時の最大値であり、連続して稼動可能な出力のことである。コンバータはどの種類を使っても、理論上はどんな大出力でも構成可能ではあるが、現実問題として安価で要求仕様を満たす回路構成というのは経験則としてほぼ決まっている。例えば、一般的な電源で電力が大きい場合はフォワード方式のコンバータで構成するのが無難であり、また、それほど大きな電力が必要でない場合はフライバック方式のコンバータも可能である。但し、筐体の薄さを気にするなら、トランス1個構成のフライバック方式より、トランス+インダクタ構成のフォワード方式の方が高さを低く抑えることができる。しかし、フォワード方式は部品点数が増えるので、コスト的にはフライバック方式の方が安価に済む。また、電力が小さい場合はRCC方式で構成するのが最も簡素である。但し、RCC方式は自励式で動作するため、もし要求仕様に発振停止できることという要件が入っていたならば、RCCは使えず、フライバック又はフォワード方式を採用するしかないことになる。これらは経験による程度問題なので、必ずしも明示的なアルゴリズムとして表現する必要はない。そこで、それぞれの要因に対して方式に対する重み付けを行い、最終的にこれを集計して最も重み付け数値の高いものを優先候補として推奨する。
【0036】
次に、前記S6における副回路方式を決定する処理を図8に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。副回路方式を考える際には大きく3つに分けて考えなくてはならない。すなわち、負電圧のチャンネルがあり、また、正電圧のチャンネルには主回路で生成した電圧より高い電圧と、低い電圧があり、全部で3つの状態が存在する。
【0037】
先ず、S41にて、主制御系に決定した出力チャンネル以外の出力チャンネルを把握し、昇圧の場合は、S42にて、昇圧チャンネルを把握し、S43にて、昇圧率による重み付けを行う。さらに、S44にて、電圧精度による重み付けを行い、S45にて、出力電流による重み付けを行う。そして、S46にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、S42の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、S47にて、昇圧方法を決定し、S48にて、結果を出力する。
【0038】
すなわち、正電圧出力で昇圧する場合は主回路よりも高い電圧を発生させる必要が有る。電圧が高いものが主回路として選択されているケースが多いが、電流が少なかったりすると、必ずしも主回路になっていないこともあり得る。このような場合には、主回路よりも高い電圧を発生させなければならない。主回路よりも高い電圧を発生させるには、例えば、昇圧チョッパーを用いる方法やトランスに別巻線を設けて昇圧出力を得る方法がある。後者の場合には、主回路の負荷インピーダンスの変動に伴い巻線出力電圧が変動するので、電圧精度を要求されている場合には巻線出力に対してさらに3端子レギュレータなどを加えて電圧を安定化させる必要がある。このため、S42〜S45の処理を行って昇圧方法を決定する。
【0039】
また、降圧の場合は、S49にて、降圧チャンネルを把握し、S50にて、出力電流による重み付けを行い、S51にて、チャンネル数による重み付けを行う。さらに、S52にて、降圧総和の出力Wを算出し、S53にて、降圧幅による重み付けを行う。そして、S54にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、S49の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、S55にて、降圧方法を決定し、S48にて、結果を出力する。
【0040】
すなわち、降圧方法としては、例えば3端子レギュレータを用いる方法やダウンコンバータを用いる方法やセパレートタイプのダウンコンバータを用いる方法などがある。そして、要因としては、定常出力電流、降圧チャンネルがいくつ存在しているか、降圧チャネルでの電力総和はいくらか、主回路からの降圧幅はどのくらいかなどがある.
例えば定常出力電流が多いものは3端子レギュレータでは発熱量が大きいため不可である。副回路からさらに枝分かれして副々回路でさらなる降圧を作ろうとするのであれば、比較的高圧の副回路を1つ作っておき、ここから副々回路をぶら下げるという方法も可能である。この場合には、降圧チャネルがたくさん存在している必要がある。もし、たくさん存在しているならば、副回路としては3端子レギュレータでは不足でコンバータ回路を組んでおく必要がある。また、主回路の出力電圧との電位差が大きい場合には3端子レギュレータの素子耐圧を越えているとこれは使えない。以上の判断を降圧チャネルについて行うことになる。
【0041】
また、負電圧の場合は、S56にて、負電圧チャンネルを把握し、S57にて、出力電流による重み付けを行い、S58にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、S56の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、S59にて、負電圧回路を決定し、S48にて、結果を出力する。
【0042】
負電圧の場合は、副回路を構成する方式としては、例えば、フォワードの2次側にあるチョークコイルに別巻線を設けてそこから電力を取得する方法や主回路のトランスに別巻線を設けてそこから電力を取得する方法、あるいは反転チョッパーなる回路を利用して正電圧から負電圧を生成する方法がある。選定要因としては、例えば、通常出力電流を用いる。また、電流が小さいのであれば、別巻線を設けて電力を得るスタイルが適している。また、ある程度大きい電流を必要とするなら、反転チョッパーなどの回路を組んだほうが良い。これらの経験則を要因テーブルとして持っておき、各負電圧チャンネルに対して方式検討を行う。
【0043】
最終的に得られた全体構成の推奨画面を図9に示す。主回路としては2出力のフォワードコンバータ31が採用されており、このフォワードコンバータ31にAC100Vが入力されている。そして、出力チャンネルのうち、ch.1の24Vが主制御系として選ばれている。そして、ch.1の24Vから、副回路である降圧回路32によって降圧してch.2の12Vを作成し、副回路である降圧回路33によって降圧してch3の5Vを作成し、副回路である3端子レギュレータ34Vによって降圧してch6の12Vを作成し、副回路である昇圧チョッパー35よって昇圧してch7の27Vを作成している.また、主回路のフォワードコンバータ31の2次側にあるチョークコイルに別巻線を施して負電圧を出力し、この負電圧を副回路である3端子レギュレータ36によってch4のー12Vを作成し、この−12Vを、さらに、副回路である3端子レギュレータ37によってch5の−5Vを作成している。
【0044】
これらの推奨回路に相当する回路モジュールライブラリを示すと、表1に示すようになる。このライブラリは、左から、チャンネル番号、主回路/副回路の区分、回路モジュール名、モジュール内で使われる素子のパラメータファイルになっている。
回路モジュール自体は予め構成しておくことができるが、回路定数に関しては、顧客の要求仕様を取込まなければ確定できない部分がある。このため、標準的な素子パラメータファイルを用意し、必要に応じて部分的に素子パラメータを変更すればよい。
【0045】
【表1】

Figure 2004303045
【0046】
素子パラメータの変更は、S7における素子パラメータの設定処理の中で行われる。この素子パラメータの変更処理は、図10に示すように、S61にて、要求仕様情報を取得し、この中からパラメータに必要な項目を抽出する。次に、S62にて、変更すべき回路モジュールを取得する。そして、S63にて、変更に必要なパラメータテーブルや関数テーブルなどを参照し、S64にて、これらの回路情報内の素子パラメータ情報を書き換える。そして、最後に、書き換えた素子パラメータ情報に名前を付けて保存する。
【0047】
次に、前記S8における全体回路の作成処理を図11に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。
先ず、S71にて、前記電子ライブラリ24から利用する回路モジュール情報を取得する。さして、S72にて、取得した回路モジュールを仮想空間上に描画するためにシートサイズや原点の位置を決定する。シートサイズは使用する回路モジュールの大きさに合わせて変更する。
【0048】
回路モジュールは幾つかの機能モジュールに分けられている。例えば、入力モジュール、全波整流モジュール、主回路モジュール、副回路モジュール、負荷モジュールなどに分けられる。これらのモジュールを組み合わせて全体回路を作成する。先ず、S73にて、入力モジュール素子の位置情報を更新する。すなわち、入力モジュールをシートの左側に置く。回路モジュールは作成する時にモジュールの矩形の左上を原点として作成しておく。そして、シート上に配置された時、その相対座標分だけ情報を書き換える。
【0049】
続いて、S74にて、入力モジュールに全波整流モジュールが隣接するように全波整流モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、入力モジュールの横に全波整流モジュールを配置し連結させる。連結させるとは、隣に配線が接するようにレイアウトすることで、これに作成時のモジュール位置に対して相対的にシートの原点からの距離と入力モジュールが置かれた位置を加算した位置に置き換える。
【0050】
続いて、S75にて、全波整流モジュールに主回路モジュールが隣接するように主回路モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、全波整流モジュールの横に主回路モジュールを配置し連結させる。このときの相対座標も同様に入力モジュールと全波整流モジュールが置かれた分だけシフトした位置を設定する。
【0051】
続いて、S76にて、主回路モジュールに副回路モジュールが隣接するように副回路モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、主回路モジュールの横に副回路モジュールを配置し連結させる。このときの相対座標も同様に入力モジュール、全波整流モジュール及び主回路モジュールが置かれた分だけシフトした位置を設定する。
このようにして各モジュール内の素子や配線の位置情報を更新した後、S77にて、これらの素子情報を1つにまとめてファイルとして保存する。
【0052】
このようして回路モジュールを組み合せることで、例えば、図12に示すような全体回路を作成することができる。なお、この場合は、主回路モジュールに制御モジュールを連結する処理及び副回路モジュールに負荷モジュールを連結する処理が介在することになる。すなわち、入力モジュール41に全波整流モジュール42を連結し、その全波整流モジュール42に主回路モジュール43を連結し、その主回路モジュール43に副回路モジュール44と制御モジュール45を連結し、最後に、副回路モジュール44に負荷モジュール46を連結して全体回路の作成を終了する。
【0053】
こうして作成された回路に対して、シミュレーション条件を入れてシミュレーションを実施し、その結果を出力することになるが、その一例を示すと、図13に示すようになる。この図は、入力電流について高調波成分を調べるシミュレーションを実施した結果を示している。
【0054】
ユーザは、ユーザ端末3を操作してWebブラウザでシミュレーション結果を見たいリクエストを行うと、図13に示すような表示画面が設計サーバシステム1から送られ、ユーザ端末3のディスプレイによって確認できることになる。図13において、上の表示画面内のグラフaは入力電圧100Vの正弦波を示し、グラフbはこの正弦波電圧を印加したときに流れる電流波形を示している。一般に、全波整流を施してコンデンサで平滑するタイプのAC−DC変換を行うと、このような正弦波でない電流が流れる。このとき、この電流波形には基本である50Hzの主成分だけではなく、高次の周波数成分も多く含まれることになる。
【0055】
また、下の表示画面内のバーグラフは高調波成分を離散フーリエ変換したもので、左に基本波、右に行くほど高次の高調波成分を示している。これにより、この回路はどれだけの高調波成分を発生させているかを知ることができる。
【0056】
以上のように、この実施の形態によれば、経験則を要因テーブルとして持つことで、その判断要素があいまいなままでもアルゴリズムを使用して電源回路設計が容易に実現できる。すなわち、設計サーバシステム1では、設計アルゴリズムを使用して設計者の経験則に基づく人間の判断と同等の設計結果を容易に得ることができる。
【0057】
また、この設計サーバシステム1は、主制御系と主回路は勿論、残りの出力チャネルをどのように構成するかについても、経験則を要因テーブル化したものを用いることによって容易に判断できる。これにより顧客の要求仕様を満たす電源回路設計ができる。また、結果として得られるのは主、副の回路方式であるが、これに見合う回路モジュールを予め用意することで回路の具体的な構成や部品リストなども自動的に得ることができる。
【0058】
また、回路モジュールの管理も容易に行うことができ、また、顧客の要求仕様に基づいて回路モジュールの素子パラメータを変更することもできる。
これらを実現することにより、電源回路設計に必要な情報である回路図や部品リストの雛型を極めて短時間で得ることができ、大幅な設計期間短縮ができる。
【0059】
また、回路モジュールがシミュレーション可能なデータとしてライブラリ化されているので、これを組立てて電源回路の動作シミュレーションを実施することができ、また、その結果を見ることもできる。そして、シミュレーション結果、もし、顧客の要求仕様を満たさない部分があることがわかれば、主制御系から検討のやり直しが速やかにできる。これにより、開発効率を大幅に向上させることができる。
【0060】
ところで、全体回路を作成し、シミュレーション結果も良好となれば、一応の電源回路設計は終了する。しかし、概念回路中で使用しているトランスやチョークコイルは、理論上は構成可能であっても、実際に市販の標準フェライトコアに銅線を巻いたり、絶縁の構造を作ったりした場合に実現不可能になる場合もある。
【0061】
そこで、シミュレーションを実施して良好となった後に、図14に示すトランスの設計処理を行う必要がある。この処理は、先ず、S81にて、シミュレーション結果から、設計したいトランスにどれだけの電流が流れているかを判断するために電流値を取得する。
【0062】
続いて、S82にて、コアの形状、材質、特性をセットする。すなわち、トランスは、電気エネルギーを一次的に磁気エネルギーに変換する素子で、例えばフライバック用トランスであれば、スイッチングによって1次側に流れる電流がピークでどこまで流れるかによって磁気飽和に対するマージンが決定する。これによってコアサイズを変更することや巻線の太さや巻数を調整することを行う。そして、磁気飽和や発熱に対してマージンを持ちつつ小さなトランスとなるような設計を行う。
【0063】
続いて、S83にて、周波数特性により表皮効果を求める。すなわち、周波数が高い場合には、表皮効果といって線材の表面に電子が集まり、いくら線形を太くしても線材の中心部分には電流が流れないという現象が生じる。もし、高周波スイッチングする場合にはこれらの影響も考慮して線径を決めなければならない。
【0064】
こうしてコアサイズや巻線の太さ、巻数を決めるが、この線材を使ってボビンに実際に所定巻数だけ巻いたとき、ボビンに収まりきらない可能性もある。そこで、S84にて、1次側巻線の計算を行い、S85にて、2次側巻線の計算を行い、この線材を使ってボビンに実際に所定巻数だけ巻いたとき、ボビンに収まるのか否かを判断する。そして、ボビンに収まらなければ、S82の処理へ戻り、S82〜S85の処理をサイド繰り返す。また、ボビンに収まれば、S86にて、設計結果を表示する。
【0065】
このように、シミュレーション結果としてトランスやチョークコイルといった磁気部品に流れる電流値を取得し、これを基に磁気飽和を起こさないようなトランス設計を行っている。これによりトランス構造も明確になり、実験で確認するまでもなく極めて短時間でトランス構造設計まで完了させることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【0066】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の出力チャンネルを有する電源回路を要求仕様に応じてアルゴリズムにより容易に設計することができる電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る電源回路設計のための全体のシステム構成を示す図。
【図2】同実施の形態の設計サーバシステムによる電源回路設計処理を示す流れ図。
【図3】同実施の形態においてユーザ端末に送信するHTMLのメニュー画面を示す図。
【図4】同実施の形態の設計サーバシステムが電源回路設計処理時に参照する主制御系判断要因テーブルを示す図。
【図5】同実施の形態の設計サーバシステムが電源回路設計処理時に参照する主回路方式判断要因テーブルを示す図。
【図6】図2における主制御系を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図7】図2における主回路方式を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図8】図2における副回路方式を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図9】同実施の形態において回路方式を決定した後の全体構成の推奨画面を示す図。
【図10】図2における素子パラメータ設定時における素子パラメータの変更処理を示す流れ図。
【図11】図2における全体回路の作成処理の内容を示す流れ図。
【図12】同実施の形態において作成した全体回路の一例を示す回路図。
【図13】同実施の形態におけるシミュレーション結果の表示画面の一例を示す図。
【図14】図2におけるトランス設計処理の内容を示す流れ図。
【符号の説明】
1…設計サーバシステム、12…HTTPサーバ、13…回路決定用計算サーバ、14…シミュレーション用計算サーバ、15…トランス設計用計算サーバ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply circuit design method, a power supply circuit design program, and a power supply circuit design device for designing a power supply circuit having a plurality of output channels.
[0002]
[Prior art]
The power supply circuit design is based on listening to the required specifications from the customer, and on the side of creating and providing the power supply circuit based on this, the circuit configuration that satisfies the specifications is at the same time simple, easy to manufacture and inexpensive. We are working to make it up. The idea of what kind of circuit to use is relatively simple if the power supply requires a simple one output. Alternatively, even if a plurality of outputs are required, the concept is relatively simple as long as the configuration does not affect the basic circuit.
[0003]
For example, there has been known a power supply circuit that can automatically design a power supply circuit based on such a viewpoint by algorithmizing a concept (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-231197 (paragraphs "0005" to "0015", etc.)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, for a power supply that requires multiple output channels, it is difficult to consider which channel is used as the main control system and the remaining channels are branched from the main control system as sub-control systems. There are various possible configuration methods depending on which output channel of the control system is used.
[0006]
In an actual design, trial and error often occur in the concept design, and a designer with skills based on many years of design experience is required to make an appropriate decision. Therefore, when a multi-output power supply circuit is automatically designed using a computer, there is a problem that design guidelines that require these skills must be algorithmized. There was a demand for automation.
[0007]
The present invention has been made to satisfy such a demand, and a power supply circuit design method and a power supply circuit design program capable of easily designing a power supply circuit having a plurality of output channels by an algorithm according to required specifications And a power supply circuit design device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, when designing a power supply circuit having a plurality of output channels, a main control system determination factor table that sets a plurality of factors and conditions corresponding to determining which output channel is to be the main control system, A main circuit method determination factor table in which a plurality of factors for determining the main circuit method and conditions corresponding to the conditions are set is prepared in advance, a required specification is fetched from the outside, and this is regarded as a factor of a design option. Based on the corresponding condition, weighting of the corresponding factor in each factor table is performed based on the corresponding condition. Subsequently, the output of the main control system is determined using the weighting performed on the corresponding factor in the main control system determination factor table. It is determined whether or not to use the channel, and when the output channel to be used as the main control system is determined, the weighting performed for the corresponding factor in the main circuit system determination factor table is subsequently performed. And use is to determine the main circuit scheme employed.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an overall system configuration for designing a power supply circuit. A plurality of user terminals 3 are connected to a design server system 1 for designing a power supply circuit via the Internet or an intranet 2.
[0010]
The design server system 1 is provided with, for example, a firewall 11 for security, and an HTTP server 12, a circuit determination calculation server 13, a simulation calculation server 14, and a transformer design via the firewall 11 for Web access. The calculation server 15 is connected to the Internet or the intranet 2. The servers 12, 13, 14, and 15 may be provided on different hardware or on the same hardware. Also, a plurality of simulation calculation servers 14 may be prepared in advance, and when a long time is required for the simulation, a plurality of servers may be operated simultaneously.
[0011]
Storage devices 16, 17, 18, and 19 are connected to the servers 12, 13, 14, and 15, respectively. The storage devices 16 to 19 correspond to their respective functions. For example, the storage device 16 connected to the HTTP server 12 includes a storage unit for storing CGI programs and HTML data used by the HTTP server 12 and user authentication. It has a database storage unit for managing and managing. The storage device 17 connected to the circuit determination calculation server 13 has a storage unit for storing a program, a circuit library, and the like necessary for circuit determination. The storage device 18 connected to the simulation calculation server 14 has a storage unit for temporarily storing a simulation program, input information necessary for the simulation, and output information as a simulation result.
[0012]
It should be noted that an HTTP server may be mounted on each of the calculation servers 13, 14, and 15, and all information flows may be unified by the HTTP protocol. Alternatively, another protocol such as FTP may be used, and in the simplest configuration, everything except the user interface may be constructed in a local environment other than a network environment.
[0013]
When performing communication by the HTTP protocol, an HTML file for displaying a menu screen on the HTTP server 12 is prepared. The first action starts when the user terminal 3 accesses the HTTP server 12. When the user terminal 3 makes a request to the HTTP server 12, the HTTP server 12 returns the menu HTML to the user terminal 3. In the user terminal 3, the HTML is interpreted by the Web browser, and a menu screen is formed and displayed on the display. Then, if a link is provided to this menu, the flow can be advanced by using a mechanism of a request from the user and a reply from the HTTP server 12 when the user clicks the menu screen.
FIG. 2 is a flowchart showing a power supply circuit design process performed by the design server system 1 based on a required specification from the user terminal 3. That is, the design server system 1 operates the HTTP server 12 to receive a design request from the user terminal 3 in S1. Then, an HTML for transmitting the required specifications to the user is transmitted to the user terminal 3. At this time, an HTML menu screen transmitted to the user terminal 3 is, for example, as shown in FIG. In this menu screen, the required specifications for setting the voltage, current, ripple voltage, and the like for each output channel are provided.
[0014]
When the user terminal 3 inputs necessary items to the menu and presses the reply button, the design server system 1 receives the required specifications from the user terminal 3 in S2. Then, in S3, a factor which is a factor is extracted from the received data.
[0015]
When the factors are extracted, the circuit determination calculation server 13 is operated. First, in S4, referring to the main control system determination factor table 21 as shown in FIG. decide. When the output channel of the main control system is determined, subsequently, in S5, what kind of circuit system is used for the main circuit constituting the main control system determined with reference to the main circuit system determination factor table 22 as shown in FIG. Decide whether to adopt.
[0016]
In FIG. 5, the factors are, for example, the output power of the main circuit and the peak output current, and also the peak output power and the necessity of stopping the oscillation. In addition, the condition indicates a boundary condition because there is a strong point or a weak point inherent to the circuit method. Also, weighting is prepared for the circuit system used as an option in this system.
[0017]
In this figure, for example, the system A is a system suitable for a high-power power supply, and is rarely used below 65 W. Therefore, the weight is set to 0.2. The weighting is defined, for example, as an arbitrary value in the range of 0 to 1. It means that it is not recommended to adopt this method as it approaches 0.
[0018]
Since the weighting result of each method is obtained for each factor, the most suitable method is selected by integrating them.
Thus, the configuration of the main output channel is determined. Then, the remaining channels are recognized as sub-circuits, and in S6, the sub-circuit system judgment factor table 23 having the same configuration as the main circuit system judgment factor table 22 is referred to to determine the optimum sub-circuit system. decide.
[0019]
Thereafter, in S7, the device parameters are set, and in S8, the electronic library 24 in which a large number of circuit modules corresponding to the circuit module names are set corresponds to the determined circuit module names based on the determined main circuit system and sub-circuit system. The circuit module is read to create the entire circuit. At this time, the element constant of the circuit module is partially changed to make the circuit suitable for the specification.
[0020]
Subsequently, the simulation calculation server 14 is operated to acquire the simulation conditions from the user terminal 3 in S9, and the simulation is performed in S10. Then, in S11, a simulation result such as a desired waveform or a numerical value is output. If the result is NG, the process returns to the main control system determination process in S4, and the processes in S4 to S11 are repeated. If it is not NG, the transformer design calculation server 15 is operated, and the transformer is designed in S12. That is, for the transformer component, data is obtained by simulation, and the winding structure is calculated using the data. The result is stored in the storage device 18 as user data.
[0021]
Next, the process of determining the main control system in S4 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG. For example, in determining the main control system, necessary factors are set as items that do not appear in the output voltage V, the voltage level, the output power W, and the specifications as shown in the main control system determination factor table 21 in FIG. And the designer's wishes.
[0022]
First, when a required specification is received from the user terminal 3, those corresponding to the above four factors are extracted from the required specification.
Then, in S21, the number of output channels is grasped. That is, the number of output channels is recognized, and if necessary, an array for storing these is stored in the storage device 17 of the circuit determination calculation server 13 as appropriate.
[0023]
Subsequently, in S22, only the output channels having the positive voltage are picked up from the output channels. This is because many general power supplies have a positive output, which is a criterion for this case. If an algorithm is considered for a power supply that handles a large amount of negative output, an opposite algorithm may be used, in which the negative output is considered and the positive output is excluded.
[0024]
Next, in S23, the voltage in the positive voltage output channel is determined, and weighting is performed in descending order of the output voltage V. That is, the one with the higher voltage is selected for the main control system. This has the advantage that the higher the voltage, the easier it is to obtain the accuracy of the part that detects the output voltage, and it is easier to step down than to boost when later generating another channel voltage. That's why. However, since there is a possibility that the voltage is extremely high by one channel, it is not always possible to determine the main control system based only on the criterion that the voltage is high. In order to determine the main control system, it is necessary to judge several factors comprehensively.
Subsequently, in S24, weighting is performed in descending order of the output power W, and in S25, weighting is performed as desired by the designer.
[0025]
When weighting is performed for each factor, the weight for determining whether or not the output voltage V is a positive voltage may be binary, and may be, for example, a digital value of 1 or 0. The determination as to whether or not the voltage is a high voltage is expressed by an analog value that falls between 0 and 1. For example, the highest voltage output channel is found among the positive voltage output channels, and this is set as Vmax. If the voltage of the other channel is Vn, Vn / Vmax is a value in the range of 0 to 1. This may be used as it is, or may be used by further multiplying it by an importance factor.
[0026]
The determination as to whether or not the output power W is large is expressed by an analog value that falls between 0 and 1. That is, the output power W is considered as another determination factor. The high voltage of the above-mentioned factor is one view, but another view is which is the main output, which is the system transmitting most power of this power supply. It is to recognize that there is. Therefore, if the largest output power W is Wmax and the power of the other channels is Wn, Wn / Wmax is a value in the range of 0 to 1.
[0027]
Lastly, the weighting by the designer's request is that, for example, if there is a channel requiring extremely high voltage accuracy, that channel must be unconditionally used as the main control system. Alternatively, there are cases where the designer wants to give priority to the main control system due to design reasons or other design policies. Therefore, the weight of the output channel that the designer wants to give priority to as the main control system is set to 1, and the weight of the output channel that is not desired to be set to the main control system is made binary.
[0028]
After the weighting of the four factors is completed, a comprehensive judgment is made based on the weights. There are several determination methods, but the simplest is a method of integrating weights for each channel. This is because if the weights are all in the range of 0 to 1, the result of integrating them is also in the range of 0 to 1.
[0029]
Then, a provisional decision is made in S26. That is, since a value is calculated for each output channel as a result, the one with the largest numerical value is set as a temporary first candidate. As a candidate, if necessary, the third candidate may be raised.
[0030]
The main control system decided in this way has not yet determined whether another channel can be created. For this reason, a provisional decision has been made. This is because, for example, when the channel selected as the main control system is too high in voltage and the remaining channels are to be constituted by sub-circuits, there is a case where the voltage difference is too large and it is not desirable to take into account the element withstand voltage. .
[0031]
Therefore, after the tentative determination is made, subsequently, in S27, the withstand voltage check of the subsequent element is performed. That is, it is determined whether the output voltage of the subsequent sub-circuit can be reasonably generated for the temporary candidate. Then, if there is a problem, the process returns to the tentative determination process of S26, the next candidate is tentatively determined, and the same process is performed again. If there is no problem, in S28, it is finally set as the output channel of the main control system. decide. That is, the one with the largest weight is finally determined as the output channel of the main control system.
[0032]
Therefore, for example, if the configuration is possible in a situation where a margin is provided for the element withstand voltage of an available semiconductor, it is determined that the configuration is good, and the output channel of the main control system is determined. Will be rejected or the priority will be lowered.
Here, the explanation has been made assuming that there are four factors, but the number is not limited to four. Further, the contents of the factors also vary depending on the nature of the power supply to be applied.
[0033]
Next, the process of determining the main circuit system in S5 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG. For example, in determining the main circuit method, four factors are required: the magnitude of the normal power W, the magnitude of the peak output power W, the magnitude of the peak output current, and the necessity of stopping the oscillation. Assume three circuit methods, for example, a forward converter, a flyback converter, and an RCC converter. The distribution of factors is determined in advance for each type of these converters. Then, the value obtained from the required specification is applied to this value and converted as a weighted (0 to 1) analog value or digital value.
[0034]
First, in S31, the normal output W is weighted by evaluation, in S32, the peak output is weighted by evaluation, in S33, the peak current is weighted by evaluation, and in S34, oscillation stop is necessary. Weighting is performed based on the presence or absence of sex, and finally, in S35, the weights are totaled and output.
[0035]
The normal output is the maximum value at the time of steady operation, and is an output that can be operated continuously. Regardless of the type of converter used, any large output can be theoretically constructed, but as a practical matter, a circuit configuration that is inexpensive and satisfies the required specifications is almost determined as an empirical rule. For example, if a general power supply has a large power, it is safe to configure a forward converter, and if not a large power is required, a flyback converter is also possible. However, if the thickness of the housing is concerned, the height of the forward system of the transformer + inductor configuration can be suppressed lower than that of the flyback system of the single transformer configuration. However, since the forward method requires more components, the flyback method is less expensive in terms of cost. When the power is small, the simplest configuration is the RCC scheme. However, since the RCC method operates in a self-excited manner, if the required specification includes a requirement that oscillation can be stopped, the RCC cannot be used and the flyback or forward method must be adopted. Since these are empirical problems, they need not necessarily be expressed as explicit algorithms. Therefore, each factor is weighted with respect to the method, and finally the results are summed up, and the one with the highest weighting value is recommended as a priority candidate.
[0036]
Next, the processing for determining the sub-circuit system in S6 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG. When considering the sub-circuit method, it is necessary to consider it roughly divided into three. That is, there is a negative voltage channel, and the positive voltage channel has a higher voltage and a lower voltage than the voltage generated by the main circuit, and there are three states in all.
[0037]
First, in S41, output channels other than the output channel determined to be the main control system are grasped. In the case of boosting, in S42, boosting channels are grasped, and in S43, weighting is performed based on the boosting rate. Further, in S44, weighting based on voltage accuracy is performed, and in S45, weighting based on output current is performed. Then, in S46, it is determined whether or not the processing has been completed for all the channels. If not, the process returns to S42 and the same processing is repeated. When the processing is completed for all the channels, the boosting method is determined in S47, and the result is output in S48.
[0038]
That is, when boosting with a positive voltage output, it is necessary to generate a higher voltage than the main circuit. In many cases, a circuit with a high voltage is selected as the main circuit, but if the current is small, the circuit may not always be the main circuit. In such a case, a voltage higher than that of the main circuit must be generated. In order to generate a voltage higher than that of the main circuit, for example, there is a method using a step-up chopper or a method of providing a separate winding in a transformer to obtain a step-up output. In the latter case, the winding output voltage fluctuates with the fluctuation of the load impedance of the main circuit. If voltage accuracy is required, a three-terminal regulator is added to the winding output to reduce the voltage. It needs to be stabilized. For this reason, the processes of S42 to S45 are performed to determine the boosting method.
[0039]
In the case of step-down, the step-down channel is grasped in S49, weighting is performed by the output current in S50, and weighting is performed by the number of channels in S51. Further, in step S52, the output W of the step-down sum is calculated, and in step S53, weighting based on the step-down width is performed. Then, in S54, it is determined whether or not the processing has been completed for all the channels. If the processing has not been completed, the process returns to S49 and the same processing is repeated. When the process is completed for all the channels, the step-down method is determined in S55, and the result is output in S48.
[0040]
That is, as the step-down method, for example, there are a method using a three-terminal regulator, a method using a down converter, a method using a separate type down converter, and the like. The factors include the steady output current, the number of buck channels, the total power in the buck channels, and the buck width from the main circuit.
For example, a three-terminal regulator with a large steady output current cannot be used because of a large amount of heat generated. If it is desired to further branch from the sub-circuit and to further reduce the voltage in the sub-circuit, a method in which one relatively high-voltage sub-circuit is created and the sub-circuit is hung therefrom is also possible. In this case, many buck channels need to be present. If there are many, a three-terminal regulator is inadequate as a sub-circuit, and it is necessary to build a converter circuit. Further, when the potential difference from the output voltage of the main circuit is large, it cannot be used if it exceeds the element withstand voltage of the three-terminal regulator. The above determination is made for the step-down channel.
[0041]
In the case of a negative voltage, the negative voltage channel is grasped in S56, weighting is performed by the output current in S57, it is determined in S58 whether or not all the channels have been completed. , S56, and the same process is repeated. When the processing is completed for all the channels, a negative voltage circuit is determined in S59, and the result is output in S48.
[0042]
In the case of a negative voltage, as a method of forming a sub circuit, for example, a method of providing another winding on a choke coil on the secondary side of the forward and obtaining power therefrom, or providing a separate winding on a transformer of the main circuit There is a method of obtaining power therefrom, or a method of generating a negative voltage from a positive voltage using a circuit called an inverting chopper. As a selection factor, for example, a normal output current is used. If the current is small, a style in which another winding is provided to obtain electric power is suitable. If a relatively large current is required, it is better to construct a circuit such as an inverting chopper. These empirical rules are held as a factor table, and the method is studied for each negative voltage channel.
[0043]
FIG. 9 shows a recommended screen of the overall configuration finally obtained. As a main circuit, a two-output forward converter 31 is employed, and 100 V AC is input to the forward converter 31. Of the output channels, ch. One 24V is selected as the main control system. And ch. 1 from 24V by a step-down circuit 32 which is a sub circuit, and 2, 12V of the sub-circuit is stepped down by the step-down circuit 33 which is the sub-circuit to generate 5V of the ch3, and the 3-terminal regulator 34V which is the sub-circuit is stepped down to generate 12V of the ch6, and the step-up chopper which is the sub-circuit The voltage is increased by 35 to create 27V of ch7. In addition, another winding is applied to the choke coil on the secondary side of the forward converter 31 of the main circuit to output a negative voltage, and this negative voltage is generated by the three-terminal regulator 36 as a sub-circuit to produce -12 V of ch4. -12 V is generated, and -5 V of ch5 is generated by a three-terminal regulator 37 which is a sub-circuit.
[0044]
Table 1 shows circuit module libraries corresponding to these recommended circuits. This library is, from the left, a channel number, a main circuit / sub circuit division, a circuit module name, and a parameter file of elements used in the module.
The circuit module itself can be configured in advance, but there is a part where the circuit constant cannot be determined unless the required specifications of the customer are taken. Therefore, a standard element parameter file may be prepared, and the element parameters may be partially changed as needed.
[0045]
[Table 1]
Figure 2004303045
[0046]
The change of the element parameter is performed in the element parameter setting process in S7. In the element parameter changing process, as shown in FIG. 10, in S61, required specification information is obtained, and items necessary for the parameter are extracted from the required specification information. Next, in S62, a circuit module to be changed is obtained. Then, in S63, a parameter table or a function table necessary for the change is referred to, and in S64, the element parameter information in the circuit information is rewritten. Finally, the rewritten element parameter information is given a name and stored.
[0047]
Next, the process of creating the entire circuit in S8 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in S71, circuit module information to be used is obtained from the electronic library 24. Now, in S72, the sheet size and the position of the origin are determined in order to draw the acquired circuit module in the virtual space. The sheet size is changed according to the size of the circuit module used.
[0048]
Circuit modules are divided into several functional modules. For example, it is divided into an input module, a full-wave rectifier module, a main circuit module, a sub-circuit module, a load module, and the like. An overall circuit is created by combining these modules. First, in S73, the position information of the input module element is updated. That is, the input module is placed on the left side of the sheet. When a circuit module is created, it is created with the upper left corner of the module rectangle as the origin. Then, when placed on the sheet, the information is rewritten by the relative coordinates.
[0049]
Subsequently, in S74, the position information of the elements in the full-wave rectification module is updated so that the full-wave rectification module is adjacent to the input module. That is, the full-wave rectification module is arranged and connected beside the input module. To connect is to lay out so that the wiring is next to it, and replace it with the position obtained by adding the distance from the sheet origin and the position where the input module is placed relative to the module position at the time of creation .
[0050]
Subsequently, in S75, the position information of the elements in the main circuit module is updated so that the main circuit module is adjacent to the full-wave rectification module. That is, the main circuit module is arranged and connected beside the full-wave rectifier module. Similarly, the relative coordinates at this time are set to positions shifted by the positions of the input module and the full-wave rectification module.
[0051]
Subsequently, in S76, the position information of the elements in the sub-circuit module is updated so that the sub-circuit module is adjacent to the main circuit module. That is, the sub-circuit modules are arranged and connected beside the main circuit modules. Similarly, the relative coordinates at this time are set to positions shifted by the positions of the input module, the full-wave rectification module, and the main circuit module.
After updating the position information of the elements and wirings in each module in this way, in S77, these pieces of element information are put together and saved as a file.
[0052]
By combining the circuit modules in this way, for example, an entire circuit as shown in FIG. 12 can be created. In this case, a process of connecting the control module to the main circuit module and a process of connecting the load module to the sub circuit module are interposed. That is, the full-wave rectification module 42 is connected to the input module 41, the main circuit module 43 is connected to the full-wave rectification module 42, the sub-circuit module 44 and the control module 45 are connected to the main circuit module 43, and finally, Then, the load module 46 is connected to the sub-circuit module 44 to complete the creation of the entire circuit.
[0053]
A simulation is performed on the circuit thus created under simulation conditions, and the result is output. An example is shown in FIG. This figure shows the result of a simulation for examining the harmonic component of the input current.
[0054]
When the user operates the user terminal 3 and makes a request to view the simulation result on the Web browser, a display screen as shown in FIG. . In FIG. 13, a graph a in the upper display screen shows a sine wave with an input voltage of 100 V, and a graph b shows a current waveform flowing when the sine wave voltage is applied. Generally, when AC-DC conversion of a type that performs full-wave rectification and smoothes with a capacitor is performed, such a non-sinusoidal current flows. At this time, this current waveform includes not only the basic 50 Hz main component but also many higher-order frequency components.
[0055]
A bar graph in the lower display screen is obtained by performing a discrete Fourier transform of the harmonic component, and shows a fundamental wave to the left and a higher harmonic component toward the right. As a result, it is possible to know how many harmonic components the circuit generates.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, by having an empirical rule as a factor table, a power supply circuit can be easily designed using an algorithm even if the decision factor remains ambiguous. That is, the design server system 1 can easily obtain a design result equivalent to human judgment based on the rule of thumb of the designer using the design algorithm.
[0057]
In addition, the design server system 1 can easily determine not only the main control system and the main circuit but also how to configure the remaining output channels by using a factor table of empirical rules. As a result, a power supply circuit design that satisfies the customer's requirements can be designed. Although the main and sub-circuit types are obtained as a result, a specific configuration of the circuit and a component list can be automatically obtained by preparing a circuit module corresponding to the main and sub-circuit types in advance.
[0058]
Further, the management of the circuit module can be easily performed, and the element parameters of the circuit module can be changed based on the specification required by the customer.
By realizing these, a template of a circuit diagram and a component list, which are information necessary for power supply circuit design, can be obtained in a very short time, and the design period can be significantly reduced.
[0059]
In addition, since the circuit module is stored in a library as data that can be simulated, it can be assembled to perform an operation simulation of the power supply circuit, and the result can be viewed. Then, if the simulation results show that there is a portion that does not satisfy the specification required by the customer, the main control system can promptly restart the examination. Thereby, the development efficiency can be greatly improved.
[0060]
By the way, if the whole circuit is created and the simulation result is good, the design of the power supply circuit is completed. However, the transformer and choke coil used in the conceptual circuit can be configured theoretically, but it is realized when a copper wire is wound around a commercially available standard ferrite core or an insulation structure is made. Sometimes it becomes impossible.
[0061]
Therefore, it is necessary to perform the transformer design processing shown in FIG. In this process, first, in S81, a current value is obtained from a simulation result to determine how much current is flowing in a transformer to be designed.
[0062]
Subsequently, in S82, the shape, material, and characteristics of the core are set. That is, the transformer is an element that temporarily converts electric energy to magnetic energy. For example, in the case of a flyback transformer, the margin for magnetic saturation is determined by the peak current flowing to the primary side due to switching. . Thereby, the core size is changed, and the thickness and the number of turns of the winding are adjusted. Then, a design is made so that the transformer becomes a small transformer with a margin against magnetic saturation and heat generation.
[0063]
Subsequently, in S83, the skin effect is obtained from the frequency characteristics. That is, when the frequency is high, electrons collect on the surface of the wire, which is called a skin effect, and a current does not flow through the center of the wire regardless of how thick the line is. If high-frequency switching is performed, the wire diameter must be determined in consideration of these effects.
[0064]
Thus, the core size, the thickness of the winding, and the number of turns are determined. However, when the wire is actually wound around the bobbin by a predetermined number of times, there is a possibility that the bobbin will not fit. Then, in S84, the calculation of the primary winding is performed, and in S85, the calculation of the secondary winding is performed. When the wire is actually wound on the bobbin by a predetermined number of turns using this wire, does it fit in the bobbin? Determine whether or not. If it does not fit on the bobbin, the process returns to S82, and the processes of S82 to S85 are repeated on the side. If it fits on the bobbin, the design result is displayed in S86.
[0065]
As described above, the value of the current flowing through the magnetic components such as the transformer and the choke coil is obtained as a simulation result, and the transformer is designed based on this value so as not to cause magnetic saturation. As a result, the transformer structure is clarified, and the design of the transformer structure can be completed in a very short time without being confirmed by an experiment.
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements in an implementation stage without departing from the scope of the invention.
[0066]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a power supply circuit design method, a power supply circuit design program, and a power supply circuit design apparatus capable of easily designing a power supply circuit having a plurality of output channels by an algorithm according to required specifications Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall system configuration for designing a power supply circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a power supply circuit design process by the design server system of the embodiment.
FIG. 3 is an exemplary diagram showing an HTML menu screen transmitted to the user terminal in the embodiment.
FIG. 4 is an exemplary view showing a main control system determination factor table which is referred to by the design server system of the embodiment during power supply circuit design processing.
FIG. 5 is an exemplary view showing a main circuit system determination factor table which is referred to by the design server system of the embodiment during power supply circuit design processing.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of processing for determining a main control system in FIG. 2;
FIG. 7 is a flowchart showing the contents of processing for determining a main circuit system in FIG. 2;
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of processing for determining a sub-circuit system in FIG. 2;
FIG. 9 is an exemplary view showing a recommended screen of the entire configuration after the circuit method is determined in the embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a process of changing element parameters when setting the element parameters in FIG. 2;
FIG. 11 is a flowchart showing the contents of processing for creating an entire circuit in FIG. 2;
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of an entire circuit created in the embodiment.
FIG. 13 is a view showing an example of a display screen of a simulation result in the embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing the contents of a transformer design process in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Design server system, 12 ... HTTP server, 13 ... Circuit determination calculation server, 14 ... Simulation calculation server, 15 ... Transformer calculation server.

Claims (7)

複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、
外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行い、続いて、前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断し、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断することを特徴とする電源回路設計方法。
When designing a power supply circuit having a plurality of output channels,
A main control system determination factor table that sets a plurality of factors and conditions corresponding to determining which output channel is to be used as a main control system, and a plurality of factors and conditions corresponding to a plurality of factors for determining a main circuit system are set. Prepare the main circuit method judgment factor table in advance,
A required specification is fetched from the outside, and this is regarded as a factor of the design choice. Based on this factor, the corresponding factor in each of the factor tables is weighted based on the corresponding condition. Using the weighting performed on the relevant factor in the determination factor table to determine which output channel is to be used for the main control system, and when the output channel to be used for the main control system is determined, the main circuit system determination is subsequently performed. A power supply circuit design method, characterized in that a main circuit system to be adopted is determined by using weights applied to corresponding factors in a factor table.
さらに、主制御系とした出力チャンネル以外の他の出力チャンネルを作る副回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した副回路方式判断要因テーブルを設け、
主回路方式が決まると、続いて、前記副回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する副回路方式を判断することにより電源回路を設計することを特徴とする請求項1記載の電源回路設計方法。
Further, there is provided a sub-circuit method determination factor table in which a plurality of factors and conditions corresponding to a plurality of factors for determining a sub-circuit method for creating an output channel other than the output channel used as the main control system are set,
When the main circuit system is determined, subsequently, the power supply circuit is designed by judging the sub-circuit system to be adopted by using the weighting performed on the relevant factor in the sub-circuit system judgment factor table. The power supply circuit design method according to claim 1, wherein
回路モジュール名に相応する回路モジュールを多数設定した電子ライブラリを設け、回路方式が決まると、該当する回路モジュール名を出力し、この回路モジュール名に相応する回路モジュールを前記電子ライブラリから読み出し、この回路モジュールの素子パラメータを、取込んだ要求仕様に基づい変更することを特徴とする請求項1又は2記載の電源回路設計方法。An electronic library in which a number of circuit modules corresponding to the circuit module name are set is provided. When the circuit system is determined, the corresponding circuit module name is output, and a circuit module corresponding to the circuit module name is read from the electronic library. 3. The power supply circuit design method according to claim 1, wherein the element parameters of the module are changed based on the acquired required specifications. 電子ライブラリに、少なくとも複数の主回路モジュール及び複数の副回路モジュールを含む電源回路を設計するための各種モジュールを設定しておき、前記電子ライブラリから、主回路モジュール、副回路モジュール及びその他電源回路を設計するために必要なモジュールを選択し、これらを組み合わせて全体回路を作成し、この作成した全体回路に対して入力されれたシミュレーション条件に基づいて動作をシミュレートすることを特徴とする請求項3記載の電源回路設計方法。Various modules for designing a power supply circuit including at least a plurality of main circuit modules and a plurality of sub-circuit modules are set in the electronic library, and a main circuit module, a sub-circuit module, and other power supply circuits are set from the electronic library. A module required for designing is selected, an overall circuit is created by combining these modules, and an operation is simulated based on simulation conditions input to the created overall circuit. 3. The power supply circuit design method according to 3. シミュレート結果により得られた主回路モジュール内のトランスに流れる電流値を基に、コアサイズ、巻線の太さ、巻数等トランス構成を設計することを特徴とする請求項4記載の電源回路設計方法。5. The power supply circuit design according to claim 4, wherein a transformer configuration such as a core size, a winding thickness, and the number of windings is designed based on a current value flowing through a transformer in the main circuit module obtained from a simulation result. Method. 複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、
コンピュータに、
外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行う手順と、続いて、前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断する手順と、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断する手順を実行させるための電源回路設計プログラム。
When designing a power supply circuit having a plurality of output channels,
A main control system determination factor table that sets a plurality of factors and conditions corresponding to determining which output channel is to be used as a main control system, and a plurality of factors and conditions corresponding to a plurality of factors for determining a main circuit system are set. Prepare the main circuit method judgment factor table in advance,
On the computer,
A procedure for taking in required specifications from the outside, deeming this as a factor of a design option, and performing a weighting for a corresponding factor in each factor table based on the factor based on a corresponding condition. The procedure for determining which output channel is the main control system using the weighting performed on the relevant factor in the control system determination factor table, and when the output channel to be the main control system is determined, A power supply circuit design program for executing a procedure of determining a main circuit method to be employed by using weighting performed on a corresponding factor in a main circuit method determination factor table.
複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計するものにおいて、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルと、外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行う重み付け手段と、この重み付け手段が前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断する主制御系判断手段と、この主制御系判断手段が主制御系にする出力チャンネルを判断すると、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断する主回路方式判断手段とを備えたことを特徴とする電源回路設計装置。
In designing a power supply circuit having a plurality of output channels,
A main control system determination factor table that sets a plurality of factors and conditions corresponding to determining which output channel is to be used as a main control system, and a plurality of factors and conditions corresponding to a plurality of factors for determining a main circuit system are set. The main circuit system determination factor table and the required specifications are taken in from the outside, and this is regarded as a factor of the design choice. Based on this factor, the corresponding factor in each factor table is weighted based on the corresponding condition. Weighting means, main control system determining means for determining which output channel the main control system should use by using the weighting performed by the weighting means on the relevant factor in the main control system determining factor table, When the main control system judging means judges the output channel to be the main control system, it uses the weighting performed for the corresponding factor in the main circuit system judgment factor table. Power circuit design apparatus being characterized in that a main circuit scheme decision means for determining the main circuit scheme employed.
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JP2013008370A (en) * 2012-07-18 2013-01-10 Fujitsu Ltd Design method for multi-output power circuit and design device for multi-output power circuit

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