JP2006048563A

JP2006048563A - 定周期分散制御による電圧制御装置

Info

Publication number: JP2006048563A
Application number: JP2004231843A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Kaneko; 智也金子
Original assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Current assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】本発明は、負荷に印加する電圧に応じて、マイクロコンピュータから一定周期のパルス電圧を出力し、そのデューティー比を状況に応じて変化させることにより、負荷に供給する電圧を制御する定周期分散制御による電圧制御装置に関するものである。
【解決手段】第１制御信号生成回路は、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅の異なる少なくとも２組のパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する。第２制御信号生成回路は、少なくとも２組からなる同じデューティー比で、パルス幅の異なる前記第１制御信号の平均値となる第２制御信号を生成する。前記第２制御信号生成回路によって生成された第２制御信号は、電圧変換回路に入力することにより、前記電圧変換回路から負荷を制御する電力が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に印加する電圧に応じて、マイクロコンピュータから一定周期のパルス電圧を出力し、そのデューティー比を状況に応じて変化させることにより、負荷に供給する電圧を制御する定周期分散制御による電圧制御装置に関するものである。

前記負荷は、たとえば、ファンモータであり、電圧の制御により、ファンモータから出力する風量が制御される。負荷の出力制御は、パルス幅変調信号を用いる制御方式が一般的である。前記パルス幅変調信号は、マイクロコンピュータから出力し、電圧変換回路から所望の風量となる電圧を出力する。

また、ファンモータ制御装置は、たとえば、特開２００３−１５３５７０号公報に記載されているように、ファンモータの回転異常を検出する検出回路により、ファンモータの駆動状態を把握して確実な制御を行なっている。さらに、ファンモータ制御方法は、たとえば、特開２００３−１６９４８９号公報に記載されているように、ファンモータ自体に回転トルク等のバラツキがあったとしても、結果として高精度に流通空気量を制御できる。
特開２００３−１５３５７０号公報特開２００３−１６９４８９号公報

しかし、前記ファンモータのような負荷は、パルス幅変調信号により電圧変換回路を制御するために、高価な電圧制御装置を用いることができない。安価な電圧制御装置は、パルス幅変調信号のデューティー比に対する出力電圧が、図３に示すような曲線になる。たとえば、パルス幅変調信号の変化ΔＸに対する出力電圧の変化ΔＹは、明らかにΔＹの方が大きな値となり、リニアに変化しない。

図３に示す範囲Ａにおいて、パルス幅変調信号に対する出力電圧は、リニアに変化しないため、パルス幅変調信号の単位当たりの変化量ΔＸに対する出力電圧の変化量ΔＹが大きくなり、分解能が低下する。前記分解能を向上させるために、前記電圧変換回路を変更することにより、パルス幅変調信号に対する出力電圧をリニアに変化させることは可能であるが、高価になるという欠点がある。

また、電圧制御装置は、高分解能であるパルス幅変調信号を用いることにより、当該パルス幅変調信号の単位当たりの変化量ΔＸの幅を小さくしても、出力電圧の変化量ΔＹも同様に小さくすることができるため、高精度に電圧制御を行うことが可能であるが、高価になるという欠点がある。

さらに、前記電圧制御装置は、パルス幅変調信号の周波数を高くすることにより、安価にすることが可能であるが、パルス幅変調信号に対する出力電圧の関係がより急峻に変動するため、分解能が低下する。このため、安価な電圧変換回路は、低分解能のパルス幅変調信号を用いた電圧制御を高精度で行うことが困難であった。

以上のような課題を解決するために、本発明は、一定時間内に出力される複数のパルス幅変調信号を一つの制御信号とし、一定周期内に出力された複数の制御信号を用いて定周期分散制御により、高精度に出力電圧を制御する定周期分散制御による電圧制御装置を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、パルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整するものであり、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅の異なる複数組のパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する第１制御信号生成回路と、前記第１制御信号の平均値となる第２制御信号を生成する第２制御信号生成回路と、前記第２制御信号に基づいて負荷に電力を供給する電圧変換回路とから少なくとも構成されることを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１発明において、負荷に供給される電圧を検出することにより、前記第１制御信号生成回路に定電圧帰還をかける定電圧帰還回路が設けられていることを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１発明において、負荷に供給される電流を検出することにより、前記第１制御信号生成回路に定電流帰還をかける定電流帰還回路が設けられていることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１発明または第２発明において、負荷に供給される電圧を電圧検出回路によって検出し、前記検出電圧に基づいて電圧帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電圧検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電圧帰還時に、前記検出電圧を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電圧帰還を行うことを特徴とする。

（第５発明）
第５発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１発明または第３発明において、負荷に供給される電流を電流検出回路によって検出し、前記検出電流に基づいて電流帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電流検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電流帰還時に、前記検出電流を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電流帰還を行うことを特徴とする。

（第６発明）
第６発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、パルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整するものであり、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅がＸのパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する第１制御信号生成回路と、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅がＸ＋Δｘのパルス幅変調信号からなる第２制御信号を生成する第２制御信号生成回路と、前記第１制御信号および第２制御信号の平均値となる第３制御信号を生成する第３制御信号生成回路と、前記第３制御信号に基づいて負荷に電力を供給する電圧変換回路とから少なくとも構成されることを特徴とする。

（第７発明）
第７発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第６発明において、負荷に供給される電圧を検出することにより、前記第１制御信号生成回路および第２制御信号生成回路に定電圧帰還をかける定電圧帰還回路が設けられていることを特徴とする。

（第８発明）
第８発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第６発明において、負荷に供給される電流を検出することにより、前記第１制御信号生成回路および第２制御信号生成回路に定電流帰還をかける定電流帰還回路が設けられていることを特徴とする。

（第９発明）
第９発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第６発明または第７発明において、負荷に供給される電圧を電圧検出回路によって検出し、前記検出電圧に基づいて電圧帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電圧検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電圧帰還時に、前記検出電圧を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電圧帰還を行うことを特徴とする。

（第１０発明）
第１０発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第６発明または第８発明において、負荷に供給される電流を電流検出回路によって検出し、前記検出電流に基づいて電流帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電流検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電流帰還時に、前記検出電流を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電流帰還を行うことを特徴とする。

本発明によれば、安価な電圧制御装置により、低分解能パルス幅変調信号を用いても、高精度な電圧制御が可能になる。

本発明によれば、定周期分散制御による電圧制御装置は、一定時間内に出力される複数の制御信号を用いて定周期分散制御により、安価で、かつ、高精度に出力電圧を制御することができる。

本発明によれば、制御信号生成回路は、定電圧帰還回路または定電流帰還回路により、安定した制御信号が発生するので、負荷の制御を安価で、高精度にすることができる。

本発明によれば、製造段階において、負荷の電圧（電流）を検出する電圧（電流）検出回路における電圧（電流）のバラツキ等に基づく誤差を予め記憶しておくことにより、負荷を設置した段階において、電圧（電流）帰還時に、前記記憶されている検出電圧（電流）と、設置後の検出電圧（電流）とのバラツキを無くすために、補正した値で電圧（電流）帰還を行い、負荷の設置後であっても、製造段階で設定したデータに基づいて制御される。

（第１発明）
第１発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、制御装置から生成されたパルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整するものである。第１制御信号生成回路は、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅の異なる少なくとも２組のパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する。

第２制御信号生成回路は、少なくとも２組からなる同じデューティー比で、パルス幅の異なる前記第１制御信号の平均値となる第２制御信号を生成する。前記第２制御信号は、前記第１制御信号をたとえば、平滑回路を通すことにより平均化する。前記第２制御信号生成回路によって生成された第２制御信号は、電圧変換回路に入力することにより、前記電圧変換回路から負荷を制御する電力が供給される。

本明細書において、前記第１制御信号および第２制御信号によって前記電圧変換回路か負荷を制御する制御方式を定周期分散制御と記載する。第１発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、一定時間内に出力される複数の制御信号を用いて定周期分散制御により、安価で、かつ、高精度に出力電圧を制御することができる。

（第２発明）
第２発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１発明において、負荷に供給される電圧を検出することにより、前記第１制御信号生成回路に定電圧帰還をかける定電圧帰還回路が設けられている。前記第１制御信号生成回路は、前記定電圧帰還回路により、安定した制御信号が発生するので、負荷の制御を安価で、高精度にすることができる。

（第３発明）
第３発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、帰還を電圧の代わりに電流によって制御している点でのみ異なっている。

（第４発明）
第４発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、負荷に供給される電圧を電圧検出回路によって検出し、前記検出電圧に基づいて電圧帰還を行うとともに、予め、製造段階と、負荷を設置した設置段階とによるパルス幅変調信号と出力電圧との誤差による補正を行なうことができる。すなわち、第４発明の電圧制御装置は、製造段階において、負荷の電圧を検出する電圧検出回路における電圧のバラツキ等に基づく誤差を予め記憶手段、不揮発性メモリ等に記憶しておく。

負荷を設置した段階において、前記電圧制御装置は、前記電圧帰還時に、前記記憶手段に記憶されている検出電圧と、設置後の検出電圧とのバラツキを無くすために、製造段階に記憶したデータに基づいて補正した値で電圧帰還を行い、負荷の設置後であっても、製造段階で設定したデータに基づいて制御されるようにしている。

（第５発明）
第５発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、帰還を電圧の代わりに電流によって制御している点でのみ異なっており、負荷を設置した後であっても、設計通りの制御が行われるようになっている。

（第６発明）
第６発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、パルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整する。定周期分散制御による電圧制御装置において、第１制御信号生成回路は、一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅がＸのパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する。

第２制御信号生成回路は、一定時間内に出力される前記と同じデューティー比で、パルス幅がＸ＋Δｘのパルス幅変調信号からなる第２制御信号を生成する。第３制御信号生成回路は、前記第１制御信号および第２制御信号の平均値を取るために、平滑回路を通して第３制御信号を生成する。電圧変換回路は、前記第３制御信号に基づいて負荷に電力を供給する。

（第７発明から第１０発明）
第７発明から第１０発明の定周期分散制御による電圧制御装置は、第１制御信号および第２制御信号を平均化して第３制御信号とした点で、第１発明と異なり、その他の点で、第２発明から第５発明と同じである。

図１は本発明の第１実施例である電圧制御装置の概略を説明するためのブロック構成図である。図１において、電圧制御装置１２は、たとえば、ファンモータのような負荷１３を制御する。また、前記電圧制御装置１２は、マイクロコンピュータ１２１と、前記マイクロコンピュータ１２１を制御または設定するコントローラ１２２と、パルス幅変調信号によって制御する電圧変換回路１２３と、製造段階で検出されたバラツキ等の電圧を記憶する誤差データ記憶手段１２４とから構成されている。

前記マイクロコンピュータ１２１は、第１制御信号生成回路１１１と、第２制御信号生成回路１１２と、電圧または電流検出回路１１３と、定電圧または定電流帰還回路１１４とから構成されている。

図２は本発明の第１実施例である制御信号を説明するための図である。図３は従来例と本発明の実施例とを比較するためのもので、パルス幅変調信号と出力電圧との関係を示す図である。図１から図３において、第１制御信号生成回路１１１は、図２に示されているように、一定時間内に出力される同じデューティー比（制御信号１＝制御信号１′）で、パルス幅の異なる（制御信号１＝デューティー比Ａ、制御信号１′＝デューティー比Ｂ）少なくとも２組のパルス幅変調信号ＰＷＭからなる第１制御信号を生成する。

前記２組のパルス幅変調信号ＰＷＭは、これに限定することなく、３組あるいは３組以上であっても良い。第２制御信号生成回路１１２は、少なくとも２組からなる同じデューティー比で、パルス幅の異なる前記第１制御信号の平均値を、たとえば図示されていない平滑回路を通すことにより平均化した第２制御信号を生成する。

図３において、コントローラ１２２からの指示により、第１制御信号生成回路１１１は、制御信号１（Ｘ１）および制御信号１′（Ｘ２）を生成する。第２制御信号生成回路１１２は、前記制御信号１および制御信号１′を平滑回路を通すことにより、平均化された第２制御信号（Ｘ１＋０．５ΔＸ）を生成する。前記第２制御信号（図３において、Ｘ１＋０．５ΔＸ）は、電圧変換回路１２３に入力することにより、その出力電圧としてｆ（Ｘ１＋０．５ΔＸ）の出力電圧を出力させる。

前記電圧制御装置１２は、パルス幅変調信号ＰＷＭに対する出力電圧の差がΔＹ′となり、前記複数の制御信号を用いて定周期分散制御により、安価で、かつ、高精度に出力電圧を制御することができる。

マイクロコンピュータ１２１は、一回の命令で同じデューティー比のパルス幅変調信号ＰＷＭを出力し続けることが可能である。前記制御信号１および制御信号１′は、同じデューティー比のパルス幅変調信号ＰＷＭに構成されているため、制御信号１および制御信号１′毎にマイクロコンピュータ１２１から命令を出力する。

このため、制御信号１および制御信号１′から構成されるパルス幅変調信号ＰＷＭは、高周波にすることが可能であり、安価な電圧変換回路１２３によって、高精度に電圧を制御することが可能である。

また、前記パルス幅変調信号ＰＷＭの周波数をｆ、制御信号１を構成するパルス幅変調信号ＰＷＭの個数をｎとすると、マイクロコンピュータ１２１からのパルス幅変調信号ＰＷＭの出力信号の制御タイミングは、ｆ／ｎとなり、高周波のパルス幅変調信号ＰＷＭを用いて低分解能のパルス幅変調信号ＰＷＭにより、高精度に電圧を制御することが可能である。

また、電圧変換回路１２３から出力される電圧を負荷１３に供給し、前記負荷１３に供給される電流を電流検出回路１１３にて検出し、その検出電流をマイクロコンピュータ１２１に入力することにより、マイクロコンピュータ１２１を用いた電流帰還制御を行うことが可能である。

また、製造段階において、電流検出回路１１３の誤差を記憶手段１２４に記憶しておき、帰還制御時に、前記電流検出回路１１３により、検出した検出電流を、前記記憶手段１２３に記憶した誤差に基づいて補正を行い、補正した値で帰還することができる。

図４は本発明の第２実施例である電圧制御装置の概略を説明するためのブロック構成図である。図５は本発明の第２実施例である制御信号を説明するための図である。図４および図５において、電圧制御装置１２は、マイクロコンピュータ１２１が第１制御信号生成回路１１１と、第２制御信号生成回路１１１′と、第３制御信号生成回路１１２を備えている点で、第１実施例と異なっている。

前記第１制御信号生成回路１１１は、一定時間内に出力される同じデューティー比で、図５に示すパルス幅の異なるデューティー比Ａの制御信号１を生成する。前記第２制御信号生成回路１１１′は、一定時間内に出力される同じデューティー比で、図５に示すパルス幅の異なるデューティー比Ｂの制御信号２を生成する。前記制御信号１および制御信号２は、前記第３制御信号生成回路１１２により、平滑回路を通し、一定時間内に出力される同じデューティー比で、図５に示すパルス幅の異なるデューティー比Ｃの制御信号３を生成する。

具体的には、第１実施例の制御信号１が一定時間内に出力される同じデューティー比の複数のパルス幅変調信号を繰り返している。これに対して、第２実施例は、制御信号１および制御信号２が別々に生成されている点で、第１実施例と異なっている。前記第１実施例および第２実施例は、いずれもマイクロコンピュータ１２１により制御されるため、回路的に安価で高精度のものとすることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の実施例に記載されたブロック構成図は、公知または周知の技術により達成できるものである。

本発明の第１実施例である電圧制御装置の概略を説明するためのブロック構成図である。（実施例１）本発明の第１実施例である制御信号を説明するための図である。従来例と本発明の実施例とを比較するためのもので、パルス幅変調信号と出力電圧との関係を示す図である。本発明の第２実施例である電圧制御装置の概略を説明するためのブロック構成図である。（実施例２）本発明の第２実施例である制御信号を説明するための図である。

符号の説明

１２・・・電圧制御装置
１３・・・負荷
１２１・・・マイクロコンピュータ
１２２・・・コントローラ
１２３・・・電圧変換回路
１２４・・・誤差データ記憶手段
１１１・・・第１制御信号生成回路
１１１′・・・第２制御信号生成回路
１１２・・・第２制御信号生成回路（第３制御信号生成回路）
１１３・・・電圧または電流検出回路
１１４・・・定電圧または定電流帰還回路

Claims

パルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整する定周期分散制御による電圧制御装置において、
一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅の異なる複数組のパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する第１制御信号生成回路と、
前記第１制御信号の平均値となる第２制御信号を生成する第２制御信号生成回路と、
前記第２制御信号に基づいて負荷に電力を供給する電圧変換回路と、
から少なくとも構成されることを特徴とする定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電圧を検出することにより、前記第１制御信号生成回路に定電圧帰還をかける定電圧帰還回路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電流を検出することにより、前記第１制御信号生成回路に定電流帰還をかける定電流帰還回路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電圧を電圧検出回路によって検出し、前記検出電圧に基づいて電圧帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電圧検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電圧帰還時に、前記検出電圧を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電圧帰還を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電流を電流検出回路によって検出し、前記検出電流に基づいて電流帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電流検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電流帰還時に、前記検出電流を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電流帰還を行うことを特徴とする請求項１または請求項３に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
パルス幅変調信号を用いて負荷に供給する電力を調整する定周期分散制御による電圧制御装置において、
一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅がＸのパルス幅変調信号からなる第１制御信号を生成する第１制御信号生成回路と、
一定時間内に出力される同じデューティー比で、パルス幅がＸ＋Δｘのパルス幅変調信号からなる第２制御信号を生成する第２制御信号生成回路と、
前記第１制御信号および第２制御信号の平均値となる第３制御信号を生成する第３制御信号生成回路と、
前記第３制御信号に基づいて負荷に電力を供給する電圧変換回路と、
から少なくとも構成されることを特徴とする定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電圧を検出することにより、前記第１制御信号生成回路および第２制御信号生成回路に定電圧帰還をかける定電圧帰還回路が設けられていることを特徴とする請求項６に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電流を検出することにより、前記第１制御信号生成回路および第２制御信号生成回路に定電流帰還をかける定電流帰還回路が設けられていることを特徴とする請求項６に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電圧を電圧検出回路によって検出し、前記検出電圧に基づいて電圧帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電圧検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電圧帰還時に、前記検出電圧を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電圧帰還を行うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。
前記電圧制御装置は、負荷に供給される電流を電流検出回路によって検出し、前記検出電流に基づいて電流帰還を行うとともに、予め、製造段階において、電流検出回路の誤差を記憶手段に記憶させておき、前記電流帰還時に、前記検出電流を前記記憶手段に記憶されている誤差データに基づいて補正した値で電流帰還を行うことを特徴とする請求項６または請求項８に記載された定周期分散制御による電圧制御装置。